WO2014154867A2 - Elektrischer kompaktantrieb und verfahren zu dessen betrieb - Google Patents

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WO2014154867A2
WO2014154867A2 PCT/EP2014/056287 EP2014056287W WO2014154867A2 WO 2014154867 A2 WO2014154867 A2 WO 2014154867A2 EP 2014056287 W EP2014056287 W EP 2014056287W WO 2014154867 A2 WO2014154867 A2 WO 2014154867A2
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mover
rotor
toothing
stator
axis
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PCT/EP2014/056287
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French (fr)
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WO2014154867A3 (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
Application filed by Johnson Controls Gmbh filed Critical Johnson Controls Gmbh
Publication of WO2014154867A2 publication Critical patent/WO2014154867A2/de
Publication of WO2014154867A3 publication Critical patent/WO2014154867A3/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
    • H02K41/065—Nutating motors

Definitions

  • the invention relates to a device and in particular to a method for the electromechanical generation of rotation.
  • the object of the invention is to provide a simple and very compact device for the electromechanical generation of controllable rotation.
  • the direction of rotation, rotational speed, torque and / or power should be electrically controlled and / or regulated, with such a drive should have a minimum volume.
  • Patent claim 1 solved.
  • the inventive device for the electromechanical generation of rotation comprises a stator, a rotor, a number of actuators and a housing receiving them, wherein the stator and the rotor are arranged axially one inside the other and coupled in the operation of at least one actuator by means of a mover at least one position are, wherein the mover is rotatable about a fixed axis and / or tiltable.
  • the mover is tiltable about a predetermined tilt angle about the stationary axis and thus limits its tilting movement.
  • the tilt angle is in particular in an angular range of 5 ° to 20 °, in particular from 10 ° to 15 ° or 5 ° to 10 °, in particular 0.5 ° to 5 °.
  • the mover is so both to the stator and the rotor arranged and set up such that it rolls during operation of the actuator meshing or rolling both on the stator and on the rotor.
  • the mover can also roll only on the stator or only the rotor, if the other tooth pairing is replaced by a coupling structure.
  • This can be frontally, in particular at least one
  • Front side or side by side or in mesh or rolling done.
  • the mover can be compared to a support structure, in particular a housing or a rotor, by means of bending soft and torsionally rigid
  • Storage means also rotatably and tiltably mounted or connected.
  • the storage means in this case replaces one of the toothing or rolling pairings, for example that between the mover and the housing, when the storage means is arranged between these elements or that between the mover and the rotor, if the storage means is located between these elements.
  • Such a device is designed to be particularly compact and allows high torques and efficiencies and low-noise operation and high performance.
  • the mover and the housing are supported by means of associated and opposing bearing surfaces on a common storage means.
  • the storage means is spherical, whereby both a rotational and a tilting movement is possible.
  • the mover may be formed as a circular disc with a central recess, wherein the recess to the outer shape of the storage means
  • a further embodiment provides that a compression spring element is arranged between the rotor and the mover.
  • the device comprises at least one locking device, by means of which the rotor is secured against axial displacement.
  • stator and the rotor form a
  • Carrier structure wherein in the operation of the actuator on the mover so circulating around the stationary axis forces are exercisable that the mover and the support structure roll on each other or rolling or rolling, so that the rotor is set in rotation.
  • these can roll on the front side or laterally on annular circumferential ribs or webs or meshing or rolling.
  • the mover has, for example, on the surface lying in the direction of the rotor and of the stator, for example on the end face or on concentric ribs or webs projecting from side surfaces, a first mover toothing and a second muntin toothing.
  • the first moving toothing and the second moving toothing are arranged concentrically around a center of the mover, for example.
  • the two Bewegerzahnept are circular or annular and radially spaced from each other and form a radially inner toothing and a radially outer toothing.
  • the two - the stator and the rotor - a carrier structure-forming components of the device in this case have in the direction of the Bewegers a first carrier toothing and a second carrier toothing, which are arranged concentrically about the axis fixed to space.
  • a first carrier toothing and a second carrier toothing which are arranged concentrically about the axis fixed to space.
  • Meshing rolling or roll rolling carrier teeth so that the rotor is set in rotation.
  • the support structure may be rotatable about the stationary axis.
  • the mover is at least partially or completely formed from a ferromagnetic material and / or a permanent magnet, so that electromagnetic forces can be exerted on these areas and the mover can be set in motion.
  • a plurality of electromagnetic coils are arranged annularly, for example around the stationary axis.
  • the object is also achieved by a drive system having a first stationary axis and a mover having a second axis which is rotatable and / or tiltable about the stationary axis.
  • the drive system has at least one shaft
  • motor shaft on, around the solid axis in one
  • Support structure in particular a housing, is rotatably mounted.
  • the spatially fixed axis forms, for example, the axis of rotation about which the second axis is movable at an angle to the solid axis.
  • the mover and / or the support structure have actuators, preferably electromechanical actuators, electromagnetic actuators and / or solid-state actuators, by which the mover is movable.
  • actuators preferably electromechanical actuators, electromagnetic actuators and / or solid-state actuators, by which the mover is movable.
  • shaft and / or support structure and / or mover elements of transmission technology such as gears, rolling wheels, Cams, swash plates, tilting disks, eccentrics, etc., 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 second axis preferably by forces of the actuators to the space Axis is movable and through the
  • a mover has at least one first toothing Z1 running around the second axis (also called mover toothing Z1).
  • a mover has a second toothing Z2 running around the second axis (also called mover toothing Z2).
  • the carrier structure has at least one shaft rotatably mounted about the stationary axis with a toothing M1 (also called carrier toothing M1).
  • the support structure may have a second shaft rotatably mounted about the stationary axis with a toothing M2 (also called support toothing M2).
  • the toothings Z1 and M1 can be rolled into one another or onto each other.
  • the serrations Z2 and G1 can be rolled into one another or onto one another or the serrations Z2 and M2 can be rolled into one another or onto one another.
  • the toothing Z1 thus corresponds to the toothing M1 and the toothing Z2 corresponds to the toothing G1 or the toothing Z1 corresponds to the toothing M1 and the toothing Z2 corresponds to the toothing M2.
  • forces can be exerted on the mover about the stationary axis by means of actuators which lead to a rolling of the toothing Z1 in / on the corresponding toothing M1 and to a rolling of the toothing Z2 in / on the tooth G1, as a result of which the shaft is in rotation is offset, or the teeth Z1 rolls in / on the corresponding toothing M1 of a first shaft and the toothing Z2 rolls in / on the corresponding toothing M2 of a second shaft, whereby the first shaft is rotated relative to the second shaft in rotation.
  • 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 toothings of the mover, in particular the teeth Z2, can roll off.
  • the pole shoes may have a shape suitable for this purpose, which enables a continuous positive rolling, in particular the toothing Z2 in the toothing G1 of the pole shoes.
  • the teeth 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 shoes becomes sufficiently small that a continuous meshing rolling of a toothing corresponding to the pole tooth teeth is ensured, however sufficiently large to form a magnetic shunt of one
  • the gaps between the toothed pole shoes 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 shoes, so that the teeth of the pole shoes with the teeth of the filling material forms a closed circumferential toothing.
  • the toothed area of the pole shoes can also be coated with the filling material, which then forms a closed circumferential toothing.
  • the filler may be a tribologically preferred material.
  • the mover In order to exert electromagnetic forces on the mover, the mover has, in particular, ferromagnetic material and / or consists of subareas or entirely of ferromagnetic material and / or permanent magnets and / or has ferromagnetic active elements.
  • the drive In order to apply electromagnetic forces to the mover, the drive preferably has electromagnets arranged concentrically with respect to the spatially fixed axis, which can interact with the mover.
  • the electromagnets have pole pieces of ferromagnetic material and the pole shoes associated windings of electrically conductive wire with winding terminals, which can be connected to an electrical drive unit.
  • the mover is by means of
  • Storage means rotatably mounted and tiltable about the stationary axis.
  • the mover may, for example, relative to the housing or the rotor by means of flexible and torsionally rigid mounting means rotatably mounted but tilted or connected.
  • the storage means replaced in this case one of the Zahnungsparungen, for example, between the mover and housing, when the storage means between these elements is arranged or that between mover and rotor, if the storage means is arranged between these elements.
  • the mover By circulating current supply of the electromagnets and the force exerted by these on the movers circulating electromagnetic forces, the mover is excited to a circumferential tilting movement about the stationary axis, wherein the second axis substantially on a
  • the direction of rotation of the at least one shaft is (are) through the
  • the torque is controllable by the current strength of the electromagnets and the power output by drive frequency and current.
  • Such a drive is basically characterized by a low-vibration run.
  • a very low-vibration run can be achieved in particular by tilting and pivoting of the mover in its center of gravity and / or a pivot point of the mover, which is located on the axis fixed to space.
  • the teeth Z1, Z2, M1, G1 (or M2) and the translations of the tooth pairings can be formed so that there are small, medium or very high gear ratios.
  • the tooth pairings can be designed so that the mechanical transmission behavior of the two gear stages Z1 with M1 and Z2 with G1 (or M2) is differential, which is very high torques allows or so that one of the tooth pairings does not act speed-translating or so that one of the tooth pairings is replaced by a flexible and torsionally rigid mounting or connecting means.
  • the toothings of the mover in an initial position and / or a de-energized state may be at least partially engaged, resulting in a high self-locking or the gears are designed so that these, for example in a neutral position, in which the mover parallel to a solder plane the motor shaft is disengaged, whereby a freewheel is enabled.
  • the attitude of the desired behavior can over the
  • Gearing geometry and / or the geometric boundary conditions of the mover such as diameter, radii, position of the
  • FIG. 1 shows a planar sectional view of an electric compact drive
  • FIG. 2 shows a perspective sectional view of the compact electric drive from FIG.
  • FIG. 3 is a planar sectional view of the electric compact drive of Figure 1 in engaged position
  • FIG. 6 shows a compact electric drive from Figure 5 in a planar sectional view
  • 7 is a sectional view of the electric compact drive of Figure 5 in a first perspective
  • FIG. 8 is a sectional view of the electric compact drive of Figure 5 in a second perspective
  • FIG. 10b shows a carrier structure with rotor and actuators as well as the toothing and coupling structures corresponding to FIG. 10a
  • FIG. 1 shows a compact drive with bellows-type coupling structure and one
  • Fig.13 a compact drive with motor shaft side
  • Fig.15b is a perspective sectional view of the compact drive
  • 16a shows a compact drive with radially arranged bolts for
  • 17a a compact drive with integrated motor control electronics and tooth structures, which are arranged opposite the magnetic functional surfaces, and
  • Fig.17b is a perspective sectional view of the compact drive
  • Fig.1 to Fig.17 show an electrical according to the invention
  • Kompaktantheb as a device V for the electromechanical generation of rotation in various representations and perspectives, comprising a stator 1, pole pieces 2 with a tooth G1, windings 3, a housing 4, bearing elements 5, 6, a motor shaft 7 as a rotor R with a toothing M1 and a mover 8 with teeth Z1, Z2.
  • the rotor R and the stator 1 form a support structure T for the
  • the motor shaft 7 is rotatably supported by a space-fixed axis A-A 'in a support structure formed by the housing 4 and the stator 1 by means of bearing means 5.
  • Windings 3 are formed such that in each case a pole piece 2 and a winding 3 form an actuator A, wherein a plurality of actuators A are arranged in a ring around the axis A fixed space A-A '.
  • the mover 8 is tiltably and / or rotatably supported by means of support 6 about a fixed axis A-A '.
  • the housing 4 has a bearing surface 9 and the mover 8 has a bearing surface 10 on which the bearing means 6, for example a ball, is supported.
  • a compression spring element 1 1 which is arranged in a recess 12 of the motor shaft 7, mover 8 and storage means 6 relative to the housing 4 and the motor shaft 7 can be kept free of play on investment.
  • the shaft 7 is secured in a manner not shown by means of a locking device.
  • a locking device for this purpose, further bearings and / or securing elements may be present.
  • the compact or hybrid drive also has a stator 1 with
  • Pole shoes 2 made of ferromagnetic material and windings 3 of the pole pieces 2, via not shown electrical connections can be energized.
  • the pole pieces 2 are preferably arranged concentrically to the space-fixed axis AA 'and in a plane perpendicular to the axis AA' and oriented with their active surfaces such that they on the mover 8 or at least portions of the mover. 8
  • the mover 8 ferromagnetic material and / or consists partially or entirely of ferromagnetic material and / or has active elements made of ferromagnetic material.
  • the toothing Z2 also called the second mover toothing Z2 corresponding to the toothing G1 of the pole shoes can be wholly or partly made of ferromagnetic material.
  • Under ferromagnetic materials are all hard or soft magnetic materials and their
  • the mover 8 has a structure which is preferably symmetrical about a second axis B-B ', see FIG.
  • the about the second axis BB 'substantially concentric teeth Z2 extends on the surface of the mover 8 over a region which engages with the teeth G1 of the pole pieces 2 (also short Pole 2 called) of the stator 1 allows.
  • the pole shoes 2 for this purpose have a toothing G1 corresponding to the toothing Z2.
  • the teeth Z1, Z2, G1, M1, M2 so
  • corresponding toothing M1 of the motor shaft may have a low clearance.
  • the mover 8 is tiltable and / or rotatable with respect to its axis B-B 'about the spatially fixed axis A-A'.
  • the maximum tilt angle can be predetermined by the teeth Z1, Z2, G1, M1, M2, in particular the tooth depths, the tooth geometry and / or the radii on which the toothings Z1, Z2, G1, M1, M2 are located.
  • the serrations Z1, Z2, G1, M1, M2 and the radii can be selected such that even in the de-energized state and / or with untilted mover 8 the toothings Z1, Z2, G1, M1, M2 engage at least partially or in some areas which are high
  • the serrations Z1, Z2, G1, M1, M2 are to be dimensioned so that the toothings Z1, Z2, G1, M1, M2 on one side of the mover 8 are fully engaged only when the mover 8 is completely tilted by electromagnetic actuation advised and on the diametrically opposite side of the mover 8 disengaged, so that the rolling of the serrations Z1, Z2, G1, M1, M2 is not hindered in operation.
  • the mover 8 is tilted by energizing at least one pole 2 and the electromagnetic force exerted by the latter on the mover 8, so that the teeth Z1 with M1 and the teeth Z2 with G1, if they are not already in engagement, engage.
  • Swash plate corresponding toothing G1 be disposed inside or outside the pole pieces 2. This is a functional
  • the housing part 1 represents a stator or parts of a stator, which forms the actuators A by means of electrically actuated coils 3 and pole shoes 2, which are arranged in a ring around the spatially fixed axis A-A '.
  • the stator 1 is rotatably connected to the housing pot 4.
  • the toothing M1 of the motor shaft 7 corresponds to the teeth Z1 of the mover 8.
  • the mover 8 with the spherical shape 6 by bilateral support to the
  • the compact drive according to the invention can be designed both as a drive with single-stage translation, as well as a drive with two-stage translation.
  • the drive according to the invention operates in two stages, in particular, when the toothing G1 has a tooth number deviating from the toothing Z2 and the toothing M1 has a tooth number deviating from the toothing Z1.
  • the drive according to the invention operates in one stage in particular when the toothing G1 has the same number of teeth as the toothing Z2 or the toothing M1 has the same number of teeth as the toothing Z1.
  • Torques are transferable, for example, couplings, bellows, cardan elements, torsionally rigid and flexible structures, Zahnungsparept with the same number of teeth or similar complementary structures, which are referred to collectively as coupling structures.
  • the coupling structure is formed by intermeshing profiles Z1, M1, which rotatably couples the motor shaft 7 and the mover 8 with respect to rotations about the axis AA '
  • the coupling structure may be formed by substantially complementary profiles, for example by (tooth) profile-like elevations and depressions.
  • Mover 8 can be compared to the housing 4 or the support structure connected thereto, be excited by the actuators A about the solid axis A-A 'to a wobble motion. Indicates the toothing Z2 of the
  • the mover is the eighth relative to the housing 4 or the support structure connected thereto in rotation, which by the coupling structures Z1, M1 on the
  • the coupling structures can be formed in various ways, for example, as shown in Fig.10a and Fig.10b, by elevations and depressions of the surface profile.
  • the coupling structure is formed by a bellows 13, which is connected torsionally rigid with its one end to the mover 8 and with its other end to the motor shaft 7.
  • a torsionally stiff connection can be made for example by welding, clamping, gluing or other connection techniques.
  • the toothing Z2 of the mover 8 can also, as shown in Figure 1 1, on the motor shaft 7 side facing away from the
  • Bewegers 8 be arranged and in a corresponding
  • the function of the spring 11 may also be taken over by the bellows 13, or by another coupling structure having an axial spring rate, and the spring 11 may be dispensed with.
  • FIG. 12 shows a further development of that shown in FIG.
  • the motor shaft 7 has a central elevation 17 with a bearing surface 10, which in the
  • the toothing Z2 of the mover 8 is located on the side of the mover 8 facing the pole shoes 2 of the actuators 8 and corresponds to the toothing G1 of the carrier structure. Furthermore, the drive on the motor shaft 7 opposite pressure means 1 1, which holds the mover 8, the bearing ball 6 and the motor shaft 7 backlash to plant.
  • the coupling structure is formed by a bellows 13, which connects the motor shaft 7 and the mover 8 torsionally rigid and bendable soft.
  • the coupling structure 13 in particular a bellows, a membrane or another axial spring rate having structure, take over the function of Andruckmitteis.
  • FIG. 14 To transmit the rotation of the mover 8 to the motor shaft 7, the embodiment shown in FIG. 14 has a coupling structure
  • Motor shaft 7 with concentric about the axis A-A 'and to this axially arranged bolt 14, which engage in recesses 15 of the mover 8.
  • Inner diameter and shape of the recesses 15 and the bolt 14 are designed such that a mechanical clearance between the mover 8 and the motor shaft 7 and the friction of the bolt 14 in the recesses 15 is minimal.
  • the surfaces of the bolts 14 and the recesses 15 may have tribological coatings to reduce the mechanical friction.
  • Fig. 15a shows an alternative construction, in which the torque acting on the mover 8 via a coupling structure 13, in particular a bellows 13, on the support structure respectively the housing 4 and with the Housing 4 connected stator 1 is supported.
  • Fig. 15b shows a perspective sectional view of the embodiment of Fig. 15a.
  • Motor shaft 7 is set at a given number of teeth difference Z1 to M1 in rotation.
  • Embodiment advantageous to a permanent magnetic
  • a permanent-magnet drive of the type shown in FIG. 15a, 15b for example, has permanent magnets on the surface of the mover 8 or embedded in it, or the mover 8 itself forms a permanent magnet or is
  • the coupling structure is formed by radially protruding bolts 14 of the motor shaft 7, R, which engage in slot-shaped recesses 15 in the inner region of the mover 8.
  • the recesses 15 are dimensioned and oriented so that the tumbling motion of the mover 8 is impeded as little as possible, However, a torque through the bolt 14 is transferable to the motor shaft 7.
  • FIG. 16b shows a perspective sectional view.
  • the mover 8 by a dome-shaped central region / storage area 6 on the one hand with respect to the motor shaft 7 and on the other hand with respect to the support structure, comprising the housing parts 4, 4 'and a stator 1, about the axis A-A' rotatable and tiltable, but axially fixed.
  • the stator 1 has in its inner region a bearing element 5, for example a plain bearing bush, which rotatably supports the motor shaft 7 about the axis A-A '.
  • the motor shaft 7 has an end bearing surface 16, which corresponds to an abutment 17 of the housing part 4 and prevents axial emigration of the motor shaft 7 in the direction of the housing part 4.
  • Bewegers 8 is supported axially with a first bearing surface on a front-side abutment 9 of the bearing element 5 and with a second bearing surface on the abutment 10 of the motor shaft 7, whereby the motor shaft 7 and 8 mover are axially fixed.
  • the bearing surfaces 9, 10 and the central region 6 of the mover are in this case designed such that the mover 8 can be tilted and / or rotated in an angular range about the axis A-A '.
  • the bolts 14 can be rotatable or roller-mounted and / or the recesses 15 and / or the bolts 14 have a friction-reducing coating.
  • a stator 1 with primarily radial magnetic flux guide can be generated in the stator 1 by circulating around the axis AA 'electrical energization of the windings 3 of the actuators A about the axis AA' rotating magnetic fields interact via the poles 2 with the preferred ferromagnetic mover 8 and on this around the axis AA 'rotating
  • the ferromagnetic mover 8 has a thickness which corresponds to at least 0.4 times the pole spacing of the electromagnets A.
  • Fig.17a has one in the
  • Carrier structure of the compact drive integrated motor control electronics 18 consisting of at least one circuit board 18 with
  • the windings 3 of the electromagnetic actuators A are preferably connected directly to the engine control electronics 18, 19. For monitoring, control, regulation of
  • Compact drive can have this connected to the engine control electronics 18 sensors, for example, for detecting speed, temperature, current, rotor position, force / torque and / or such sensors are integrated into the circuit board 18.
  • shown elements can be connected to both a power supply and with a control and / or operating unit, wherein the power supply can be done both via electrical connection lines and inductively.
  • Fig. 17b shows a sectional view in a perspective view.
  • the stator 1 has around the axis A-A 'radially arranged electromagnets
  • the toothing structure Z2 of the mover 8 is located on the side facing away from the pole shoes 2 of the mover 8, whereby the
  • Pole shoes 2 facing surface of the mover 8 in an optimal manner for electromagnetic interaction with the pole pieces 2 is available.
  • the drive can thereby have a small outer diameter with the same power.
  • Motor shaft 7 and mover 8 are axially fixed by bearing surfaces of the housing part 4 'and the bearing sleeve 5, but about the axis A-A' rotatable.
  • the motor shaft 7 has a collar 16, which is supported on the end face 17 of the bearing sleeve 5.
  • the anvil is through the bearing surface 10 of the motor shaft 7 in cooperation with the
  • dome-shaped configured central region 6 of the mover 8 and the corresponding bearing surface 9 in the housing part 4 ' is formed.
  • the mover 8 By supporting the mover 8 relative to the housing part 4 'and against the motor shaft 7, the mover 8 can additionally be tilted about the axis A-A'.
  • the housing part 4 and the housing part 4 ' are connected together in one unit.
  • the stator 1 is fixedly connected to the unit formed from the housing parts 4, 4 '.
  • the mover 8 When energizing the actuators A revolving around the axis A-A ', the mover 8 performs a wobble-like movement, in which the
  • Motor shaft 7, R is transmitted.
  • the tappable on the motor shaft 7 torque is due to the current amplitude and the pulse width of the
  • the Bestromungspulse the actuators A controllable, the Bestromungspulse can overlap, so that, for example, actuators i, i + 1, ... are already energized before the actuator i is discharged.
  • the rotational speed of the motor shaft 7 is by the electric
  • the electrical impedances of the actuators A which are likewise variable due to the variable air gaps between the mover 8 and the pole shoes 2, can be sensorless
  • Detection of physical parameters for example, a position of the mover 8, a torque of the motor shaft 7 or a speed can be used.
  • a sensorless takes place
  • the pulse shape may have a suitable shape, for example a sine, rectangular, triangular or
  • the behavior of the hybrid drive in strong can over edge steepnesses, rise and fall times of the drive pulses and asymmetric pulse shapes Measurements are influenced.
  • electrical variables of the hybrid drive such as, for example, electricity,
  • Voltage, charge sensory data in particular a load torque and / or a rotational angle position determined and used for controlling and / or regulating the hybrid drive.
  • the individual windings can be energized according to a sense of rotation about the axis A-A 'circumferentially.
  • the energization of the windings 3 can be sequential successive, so that when a winding 3 is turned off, an adjacent winding 3 is turned on, etc.
  • the energization of adjacent windings 3 is carried out sequentially overlapping, so that before a winding 3 is turned off, at least one adjacent winding 3 is already energized, etc.
  • the drive pulse patterns of adjacent windings 3 may overlap.
  • the windings 3 of the stator 1 are energized circumferentially.
  • the at least one energized pole 2 or the entirety of the energized poles 2 exerts on the mover 8 electromagnetic forces, which the Teeth Z2 in engagement with the teeth G1 of the pole pieces 2 and / or the teeth Z1 brings or holds in engagement with the teeth M1.
  • Beweger 8 the endeavor each take the position of minimum stray field energy and to follow the circulating Bestromungsmuster.
  • the filler material is not or only slightly ferromagnetic and particularly preferred, the filler material, on its radius or circumference, the same toothing G1 as the
  • Pole shoes 2 so that the mover 8 on a closed toothing, formed by the toothed pole pieces 2 and filled with filler also toothed gaps between the pole pieces 2 can roll.
  • a filler can also cover the toothing G1 of the pole shoes 2 and image the tooth contour of the pole shoes 2 in the regions of the pole shoes 2.
  • the filler can also fill in the gaps between the pole shoes 2 and cover them in a thickness, continuing their teeth G1.
  • the filler may have on its surface a friction-resistant and / or tribological layer or coating.
  • the filler can fix the windings 3 and / or um- cover and improve the heat dissipation of the windings.
  • the filler may be an injection moldable material, compound or casting resin.
  • the filler can fill the grooves of the stator 1 in whole or in part.
  • the pole shoes 2 can be widened and have a broadened Polschuhyakung G1.
  • a spacing of the toothing regions of the pole shoes 2 is thereby minimized, which facilitates continuous meshing rolling of the agitator 8 and, on the other hand, sufficiently large to keep a magnetic shunt between adjacent pole shoes 2 small.
  • the remaining grooves may be filled with filler, which continues the Polschuh croquung G1, wherein the filler can be flush with the Polschuh croquung G1 or cover this 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 mover 8 has a number of at least two actuators A, preferably a number of at least three actuators A.
  • actuators A preferably a number of at least three actuators A.
  • Synchronmotormotoran Kunststoffmaschine, stepper motor controls, etc. are operated or advantageously by means of the invention described below driving method.
  • the drive systems according to the invention are with or without
  • Permanent magnets can be displayed. In particular, show
  • stator 1 with poles 2, pole windings 3 and a wholly or partially ferromagnetic mover 8 can be energized in different ways and thereby the characteristics of
  • Control of the winding currents are influenced.
  • An alternating over the circumference magnetic field pattern is particularly suitable to exert high forces on a ferromagnetic mover 8, since the Magnetic field lines have the tendency to close over the ferromagnetic mover from one pole 2 to another pole 2.
  • the orientation of the magnetic field of a pole 2 in a stator 1 with an even number of poles 2 does not change during operation and the current direction through the winding 3 of a pole 2 remains the same. If the individual windings 3 of the poles 2 have, by way of example, the same sense of winding, an alternating sequence of the orientation of the magnetic field lines of adjacent poles 2 can be achieved, in particular by
  • an electrical control of the windings takes place by means of unipolar output stages, wherein opposite to the generation
  • the number of electrical leads can be reduced by combining terminals of the windings 3 and setting them to a potential.
  • this can be the number of electrical leads of a 10-pin
  • Stators 1 of 20 supply lines to 1 1 supply lines are reduced.
  • bipolar output stages and / or commutator means are preferably suitable for commutating the current direction.
  • the commutator means are preferably suitable for commutating the current direction.
  • a current commutation of Windings in stators 1 with an even or an odd number of poles 2 by means of mechanical, electromechanical and / or electronic Kommutatorstoff done and / or the windings 3 can be multiplexed connected to a number of power amplifiers.
  • a stator 1 of a drive system according to the invention may have concentrated windings 3 or distributed windings 3.
  • the windings 3 are current-controlled or
  • the energization profiles may, for example, sinusoidal, trapezoidal, exponential forms or other suitable course, for example, with a current drop at saturation or an asymmetrical profile with different rising and falling edges and / or a time-variable amplitude.
  • a lighting profile for a pole 2 of a drive system with a stator having an even number of poles 2 and a ferromagnetic mover 8 has a 360 degree periodicity.
  • the energization profiles of the poles 2 are identical except for a phase offset, wherein the energization profiles of adjacent poles 2 depending on the winding scheme and / or electrical
  • 3 windings wiring scheme may have the same or opposite sign.
  • the energization profiles of adjacent poles 2 have the same phase offset.
  • the sign of the phase offset e.g. the direction of rotation of the motor shaft 7 are commutated.
  • the width ⁇ of the current supply 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 2 and the number and / or duration of the simultaneously energized poles 2.
  • the change of the pulse width as a function of load parameters, by means of external sensors, by means of internal sensors and / or by means of load detection by the drive itself, for example via impedance changes of single or multiple windings, are determined.
  • the drive can be operated at low load requirements and / or idle with a small pulse width ⁇ and increases the pulse width ⁇ correspondingly increased load demand and / or the signal amplitude can be changed, which for example a
  • Rotational uniformity allows.
  • additional additional parameters for influencing the characteristics of the drive system in particular power, torque, rotational uniformity and noise are available.
  • windings of a stator 1 can be electrically interconnected. For example, by electrical
  • a 5-pole stator Interconnection of two windings 3 of a 10-pole stator, a 5-pole stator are generated.
  • a Bestromungsprofil for a pole 2 of a drive system with an odd number of poles 2, taking into account Current commutation a 720 degree periodicity.
  • the orientation of the magnetic field changes every 360 degrees,
  • the pole shoes 2 may be one with each, for example
  • Circulation have alternating magnetic field orientation.
  • 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 waveform, 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 2, may also have passive poles 2 which serve to guide the flow.
  • 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, in addition to active energizable stator poles, a number of passive flux shoes for magnetic flux guidance.
  • a drive system according to the invention for driving the at least one mover 8 has a number of at least two actuators A, preferably a number of at least three actuators A.
  • solid-state actuators, electrostatic actuators and / or dielectric actuators are also suitable.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (V) zur elektromechanischen Erzeugung von Rotation, umfassend zumindest - einen Stator (1), - einen Rotor (R), - einen Aktor (A) und - ein diese aufnehmendes Gehäuse (4), wobei der Stator (1) und der Rotor (R) axial ineinander angeordnet sind und im Betrieb des Aktors (A) mittels eines Bewegers (8) an mindestens einer Position miteinander gekoppelt sind, wobei der Beweger (8) um eine raumfeste Achse (A-A') drehbar und/oder kippbar ist.

Description

Elektrischer Kompaktantrieb und Verfahren zu dessen Betrieb
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und insbesondere ein Verfahren zur elektromechanischen Erzeugung von Rotation.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und besonders kompakte Vorrichtung für die elektromechanische Erzeugung steuerbarer Rotation anzugeben. Insbesondere sollen Drehrichtung, Drehgeschwindigkeit, Drehmoment und/oder Leistung elektrisch Steuer- und/oder regelbar sein, wobei ein solcher Antrieb ein minimales Volumen aufweisen soll.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des
Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur elektromechanischen Erzeugung von Rotation umfasst einen Stator, einen Rotor, eine Anzahl von Aktoren und ein diese aufnehmendes Gehäuse, wobei der Stator und der Rotor axial ineinander angeordnet sind und im Betrieb mindestens eines Aktors mittels eines Bewegers an mindestens einer Position miteinander gekoppelt sind, wobei der Beweger um eine raumfeste Achse drehbar und/oder kippbar ist.
Dabei ist der Beweger um einen vorgegebenen Kippwinkel um die raumfeste Achse kippbar und somit dessen Kippbewegung begrenzt. Der Kippwinkel liegt insbesondere in einem Winkelbereich von 5° bis 20°, insbesondere von 10° bis 15° oder 5° bis 10°, insbesondere 0.5° bis 5°. Dabei ist der Beweger sowohl zum Stator als auch zum Rotor derart angeordnet und derart eingerichtet, dass dieser im Betrieb des Aktors sich kämmend oder rollend sowohl am Stator als auch am Rotor abwälzt.
Alternativ kann sich der Beweger auch nur am Stator oder nur dem Rotor abwälzen, wenn die andere Zahnungspaarung durch eine Koppelstruktur ersetzt ist. Dies kann stirnseitig, insbesondere an zumindest einer
Stirnseite, oder seitlich aufeinander bzw. ineinander kämmend oder rollend erfolgen.
Der Beweger kann gegenüber einer Trägerstruktur, insbesondere einem Gehäuse oder einem Rotor, mittels biegeweicher und drehsteifer
Lagerungsmittel auch drehfest und kippbar gelagert oder verbunden sein. Das Lagerungsmittel ersetzt in diesem Fall eine der Zahnungs- oder Rollpaarungen, beispielsweise die zwischen Beweger und Gehäuse, wenn das Lagerungsmittel zwischen diesen Elementen angeordnet ist oder diejenige zwischen Beweger und Rotor, falls sich das Lagerungsmittel zwischen diesen Elementen befindet.
Eine solche Vorrichtung ist besonders kompakt ausgeführt und ermöglicht hohe Drehmomente und Wirkungsgrade sowie einen geräuscharmen Betrieb und hohe Leistungen.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Beweger und das Gehäuse mittels zugehöriger und einander gegenüberliegender Lagerflächen an einem gemeinsamen Lagerungsmittel abgestützt sind. Beispielsweise ist das Lagerungsmittel kugelförmig ausgebildet, wodurch sowohl eine Dreh- als auch eine Kippbewegung ermöglicht ist. Dabei kann der Beweger als eine Kreisscheibe mit einer mittigen Aussparung ausgebildet sein, wobei die Aussparung eine zur Außenform des Lagerungsmittels
korrespondierende Form, insbesondere korrespondierende Abmessungen und/oder Kontur, aufweist. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass zwischen dem Rotor und dem Beweger ein Druckfederelement angeordnet ist. Hierdurch ist der Beweger und das Lagerungsmittel gegenüber dem Stator, zum Beispiel einem Gehäuse, und gegenüber dem Rotor, zum Beispiel einer Motorwelle, spielfrei gehalten.
Des Weiteren umfasst die Vorrichtung mindestens eine Arretiervorrichtung, mittels welcher der Rotor gegen ein axiales Verschieben gesichert ist.
Gemäß einer Weiterbildung bilden der Stator und der Rotor eine
Trägerstruktur, wobei im Betrieb des Aktors auf den Beweger derart um die raumfeste Achse umlaufende Kräfte ausübbar sind, dass der Beweger und die Trägerstruktur aufeinander oder ineinander kämmend oder rollend abwälzen, so dass der Rotor in Rotation versetzt wird. Beispielsweise können diese stirnseitig oder seitlich an ringförmig umlaufenden Rippen oder Stegen aufeinander bzw. ineinander kämmend oder rollend abwälzen.
Dazu weist der Beweger beispielsweise an der in Richtung des Rotors und des Stators liegenden Oberfläche, zum Beispiel an der Stirnseite oder an Seitenflächen abstehender konzentrischer Rippen oder Stege, eine erste Bewegerzahnung und eine zweite Bewegerzahnung auf. Dabei sind die erste Bewegerzahnung und die zweite Bewegerzahnung beispielsweise konzentrisch um einen Mittelpunkt des Bewegers angeordnet. Mit anderen Worten: Die beiden Bewegerzahnungen sind kreis- oder ringförmig ausgebildet und radial voneinander beabstandet und bilden eine radial innere Zahnung und eine radial äußere Zahnung.
Die beiden - der Stator und der Rotor - eine Trägerstruktur bildenden Komponenten der Vorrichtung weisen hierbei in Richtung des Bewegers eine erste Trägerzahnung und eine zweite Trägerzahnung auf, die konzentrisch um die raumfeste Achse angeordnet sind. Im Betrieb des Aktors sind auf den Beweger derart um die raumfeste Achse umlaufende Kräfte ausübbar, dass die beiden Bewegerzahnungen mit den
Trägerzahnungen kämmend oder rollend abwälzen, so dass der Rotor in Rotation versetzt wird.
Zusätzlich kann dabei die Trägerstruktur um die raumfeste Achse drehbar ausgebildet sein.
Darüber hinaus ist der Beweger zumindest bereichsweise oder vollständig aus einem ferromagnetischen Material und/oder einem Permanentmagnet gebildet, so dass elektromagnetische Kräfte auf diese Bereiche ausgeübt werden können und der Beweger in Bewegung versetzt werden kann.
Zur Ausübung solcher elektromagnetischen Kräfte sind beispielsweise um die raumfeste Achse mehrere Elektromagnetspulen ringförmig angeordnet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe auch durch ein Antriebssystem mit einer ersten raumfesten Achse und einen Beweger mit einer um die raumfeste Achse dreh- und/oder kippbaren zweiten Achse, gelöst.
Insbesondere weist das Antriebssystem mindestens eine Welle,
insbesondere Motorwelle, auf, die um die raumfeste Achse in einer
Trägerstruktur, insbesondere einem Gehäuse, drehbar gelagert ist. Dabei bildet die raumfeste Achse beispielsweise die Drehachse, um welche die zweite Achse unter einem Winkel zur raumfesten Achse bewegbar ist.
Insbesondere weisen der Beweger und/oder die Trägerstruktur Aktoren, vorzugsweise elektromechanische Aktoren, 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, Taumelscheiben, Kippscheiben, 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 zweite Achse 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 weist ein Beweger mindestens eine erste um die zweite Achse umlaufende Zahnung Z1 (auch Bewegerzahnung Z1 genannt) auf. Vorteilhafterweise weist ein Beweger eine zweite um die zweite Achse umlaufende Zahnung Z2 (auch Bewegerzahnung Z2 genannt) auf.
Die Trägerstruktur weist mindestens eine um die raumfeste Achse drehbar gelagerte Welle mit einer Zahnung M1 (auch Trägerzahnung M1 genannt) auf. Insbesondere kann die Trägerstruktur eine zweite um die raumfeste Achse drehbar gelagerte Welle mit einer Zahnung M2 (auch Trägerzahnung M2 genannt) aufweisen.
Außerdem kann die Trägerstruktur eine um die raumfeste Achse
konzentrisch in einem Abstand umlaufende, mit der Trägerstruktur fest verbundene Gehäusezahnung G1 aufweisen oder die Trägerstruktur weist eine zweite um die raumfeste Achse drehbar gelagerte Welle mit einer Zahnung M2 auf.
Vorteilhafterweise sind die Zahnungen Z1 und M1 ineinander oder aufeinander abwälzbar. Vorteilhafterweise sind die Zahnungen Z2 und G1 ineinander oder aufeinander abwälzbar oder die Zahnungen Z2 und M2 sind ineinander oder aufeinander abwälzbar. Die Zahnung Z1 korrespondiert somit mit der Zahnung M1 und die Zahnung Z2 korrespondiert mit der Zahnung G1 oder die Zahnung Z1 korrespondiert mit der Zahnung M1 und die Zahnung Z2 korrespondiert mit der Zahnung M2.
Insbesondere können durch Aktoren auf den Beweger um die raumfeste Achse umlaufende Kräfte ausgeübt werden, die zu einem Abwälzen der Zahnung Z1 in/auf der korrespondierenden Zahnung M1 und zu einem Abwälzen der Zahnung Z2 in/auf der Zahnung G1 führen, wodurch die Welle in Rotation versetzt wird, oder die Zahnung Z1 wälzt sich in/auf der korrespondierenden Zahnung M1 einer ersten Welle und die Zahnung Z2 wälzt sich in/auf der korrespondierenden Zahnung M2 einer zweiten Welle ab, wodurch die erste Welle gegenüber der zweiten Welle 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 Zahnung G1 auf, in der sich eine der Zahnungen des Bewegers, insbesondere die Zahnung Z2, abwälzen kann. Insbesondere können die Polschuhe eine hierzu geeignete Form aufweisen, die ein kontinuierliches formschlüssiges Abwälzen insbesondere der Zahnung Z2 in der Zahnung G1 der Polschuhe ermöglicht.
Insbesondere kann die durch die Polschuhe gebildete Zahnung eine durchbrochene Zahnung, mit Zahnlücken, oder eine geschlossene Zahnung sein.
Beispielsweise können die gezahnten Polschuhe eine Breite aufweisen, derart, dass die Lücke zwischen benachbarten Polschuhen hinreichend klein wird, so dass ein kontinuierliches kämmendes Abwälzen einer zu der Polschuhzahnung korrespondierenden Zahnung 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 gezahnten Polschuhen mit einem vorzugsweise nicht ferromagnetischem Material aufgefüllt sein, welches als Füllmaterial bezeichnet wird und welches ebenso wie die Polschuhe gezahnt sein kann, so dass die Zahnung der Polschuhe mit der Zahnung des Füllmaterials eine geschlossene umlaufende Zahnung bildet.
Insbesondere kann auch der Zahnungsbereich der Polschuhe mit dem Füllmaterial beschichtet sein, welches dann eine geschlossene umlaufende Zahnung bildet. Beispielsweise kann das Füllmaterial ein tribologisch bevorzugtes Material sein.
Zur Ausübung von elektromagnetischen Kräften auf den Beweger, weist der Beweger insbesondere ferromagnetisches Material auf und/oder besteht in Teilbereichen oder ganz aus ferromagnetischem Material und/oder Permanentmagneten und/oder weist ferromagnetische Wirkelemente auf. Zur Ausübung elektromagnetischer Kräfte auf den Beweger weist der Antrieb bevorzugt konzentrisch zur raumfesten Achse angeordnete Elektromagnete auf, die in Wechselwirkung mit dem Beweger treten können.
Die Elektromagnete weisen Polschuhe aus ferromagnetischem Material und den Polschuhen zugeordnete Wicklungen elektrisch leitenden Drahtes mit Wicklungsanschlüssen auf, die mit einer elektrischen Ansteuereinheit verbunden werden können. Insbesondere ist der Beweger mittels
Lagerungsmitteln um die raumfeste Achse drehbar und kippbar gelagert. Der Beweger kann jedoch beispielsweise gegenüber dem Gehäuse oder dem Rotor mittels biegeweichen und drehsteifen Lagerungsmitteln auch drehfest aber kippbar gelagert oder verbunden sein. Das Lagerungsmittel ersetzt in diesem Fall eine der Zahnungspaarungen, beispielsweise die zwischen Beweger und Gehäuse, wenn das Lagerungsmittel zwischen diesen Elementen angeordnet ist oder diejenige zwischen Beweger und Rotor, falls das Lagerungsmittel zwischen diesen Elementen angeordnet ist.
Durch umlaufende Bestromung der Elektromagnete und der von diesen auf den Beweger ausgeübten umlaufenden elektromagnetischen Kräfte, wird der Beweger zu einer umlaufenden Kippbewegung um die raumfeste Achse angeregt, wobei sich die zweite Achse im Wesentlichen auf einer
Kegelfläche um die raumfeste Achse bewegt und sich die Zahnung Z1 in/auf der Zahnung M1 und die Zahnung Z2 in/auf der Zahnung G1 abwälzen, wodurch die Welle in Rotation versetzt wird oder die Zahnung Z1 wälzt sich in/auf der Zahnung M1 und die Zahnung Z2 in/auf der Zahnung M2 einer zweiten Welle ab, wodurch die erste Welle gegenüber einer zweiten Welle in Rotation versetzt wird.
Die Drehrichtung der mindestens einen Welle ist(sind) durch die
Phasenlage der um die raumfeste Achse umlaufenden Bestromungspulse der Elektromagnete und die Drehgeschwindigkeit durch die Frequenz steuerbar. Das Drehmoment ist durch die Stromstärke der Elektromagnete und die Leistungsabgabe durch Ansteuerfrequenz und Stromstärke steuerbar. Ein solcher Antrieb zeichnet sich grundsätzlich durch einen vibrationsarmen Lauf aus. Ein sehr vibrationsarmer Lauf lässt sich insbesondere durch eine Kipp- und Drehlagerung des Bewegers in seinem Schwerpunkt und/oder einem Drehpunkt des Bewegers, der auf der raumfesten Achse liegt, erreichen.
Insbesondere können die Zahnungen Z1 , Z2, M1 , G1 (bzw. M2) und die Übersetzungen der Zahnpaarungen so ausgebildet werden, dass sich kleine, mittlere oder sehr hohe Übersetzungsverhältnisse ergeben.
Insbesondere können die Zahnpaarungen so ausgelegt werden, dass das mechanische Übertragungsverhalten der beiden Getriebestufen Z1 mit M1 und Z2 mit G1 (bzw. M2) differenziell ist, was sehr hohe Drehmomente ermöglicht oder so, dass eine der Zahnpaarungen nicht drehzahlübersetzend wirkt oder so, dass eine der Zahnpaarungen durch ein biegeweiches und drehsteifes Lagerungs- oder Verbindungsmittel ersetzt wird.
Vorteilhafterweise können die Zahnungen des Bewegers in einer Anfangsstellung und/oder einem unbestromten Zustand zumindest teilweise im Eingriff sein, so dass sich eine hohe Selbsthemmung ergibt oder die Verzahnungen sind so ausgelegt, dass diese beispielsweise in einer Neutralstellung, in welcher der Beweger parallel zu einer Lotebene der Motorwelle steht, außer Eingriff sind, wodurch ein Freilauf ermöglicht wird. Die Einstellung des gewünschten Verhaltens kann über die
Verzahnungsgeometrie und/oder die geometrischen Randbedingungen des Bewegers, wie beispielsweise Durchmesser, Radien, Lage des
Drehpunktes erfolgen.
Anhand der beigefügten schematischen Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig.1 eine planare Schnittansicht eines elektrischen Kompaktantriebs, Fig.2 eine perspektivische Schnittansicht des elektrischen Kompaktantriebs aus Fig.1 ,
Fig.3 eine planare Schnittansicht des elektrischen Kompaktantriebs aus Fig.1 in Eingriffsstellung,
Fig.4 eine perspektivische Schnittansicht des elektrischen Kompaktantriebs aus Fig.1 in Eingriffsstellung,
Fig.5 eine Explosionsdarstellung des elektrischen Kompaktantriebs aus Fig.1 ,
Fig.6 einen elektrischen Kompaktantrieb aus Fig.5 in planarer Schnittansicht, Fig.7 eine Schnittansicht des elektrischen Kompaktantriebs aus Fig.5 in einer ersten Perspektive,
Fig.8 eine Schnittansicht des elektrischen Kompaktantriebs aus Fig.5 in einer zweiten Perspektive,
Fig.9 einen Kompaktantrieb mit axial fixiertem Beweger,
Fig.10a einen Beweger mit Verzahnungs- und Koppelstrukturen,
Fig.10b eine Trägerstruktur mit Rotor und Aktoren sowie den zu Fig.10a korrespondierenden Verzahnungs- und Koppelstrukturen, Fig.1 1 einen Kompaktantrieb mit balgartiger Koppelstruktur und einem
Federandruckelement,
Fig.12 einen Kompaktantrieb mit axial fixiertem Beweger und einer balgartigen Koppelstruktur,
Fig.13 einen Kompaktantrieb mit motorwellenseitigen
Verzahnungsstrukturen,
Fig.14 einen Kompaktantrieb mit axial angeordneten Bolzen zur
Drehmomentauskopplung,
Fig.15a einen Kompaktantrieb mit gegenüber der Trägerstruktur drehfest aufgehängtem Beweger,
Fig.15b eine perspektivische Schnittansicht des Kompaktantriebs aus
Fig.15a,
Fig.16a einen Kompaktantrieb mit radial angeordneten Bolzen zur
Drehmomentauskopplung und modifiziertem Stator,
Fig.16b eine perspektivische Schnittansicht des Kompaktantriebs aus
Fig.16a,
Fig.17a einen Kompaktantrieb mit integrierter Motorsteuerungselektronik und Verzahnungsstrukturen, welche den magnetischen Funktionsflächen gegenüber angeordnet sind, und
Fig.17b eine perspektivische Schnittansicht des Kompaktantriebs aus
Fig.17a
Gleiche Bezugszeichen haben gleiche Bedeutung. Fig.1 bis Fig.17 zeigen einen erfindungsgemäßen elektrischen
Kompaktantheb als Vorrichtung V zur elektromechanischen Erzeugung von Rotation in verschiedenen Darstellungen und Perspektiven, aufweisend einen Stator 1 , Polschuhe 2 mit einer Zahnung G1 , Wicklungen 3, ein Gehäuse 4, Lagerungselemente 5, 6, eine Motorwelle 7 als Rotor R mit einer Zahnung M1 und einen Beweger 8 mit Zahnungen Z1 , Z2.
Der Rotor R und der Stator 1 bilden eine Trägerstruktur T für den
Beweger 8. Die Motorwelle 7 ist um eine raumfeste Achse A-A' in einer von dem Gehäuse 4 und dem Stator 1 gebildeten Trägerstruktur mittels Lagerungsmitteln 5 drehbar gelagert. Die Polschuhe 2 mit den
Wicklungen 3 sind derart ausgebildet, dass jeweils ein Polschuh 2 und eine Wicklung 3 einen Aktor A bilden, wobei mehrere Aktoren A ringförmig um die raumfeste Achse A-A' angeordnet sind.
Der Beweger 8 ist mittels Lagerungsmitteln 6 um eine raumfeste Achse A- A' kippbar und/oder drehbar gelagert. Hierzu weisen das Gehäuse 4 eine Lagerfläche 9 und der Beweger 8 eine Lagerfläche 10 auf, an denen sich das Lagerungsmittel 6, beispielsweise eine Kugel, abstützt. Mittels eines Druckfederelementes 1 1 , welches in einer Aussparung 12 der Motorwelle 7 angeordnet ist, können Beweger 8 und Lagerungsmittel 6 gegenüber dem Gehäuse 4 und der Motorwelle 7 spielfrei auf Anlage gehalten werden.
Gegen ein axiales Verschieben ist die Welle 7 in nicht näher dargestellter Art und Weise mittels einer Arretierungseinrichtung gesichert. Hierzu können weitere Lager und/oder Sicherungselemente vorhanden sein.
Der Kompakt- oder Hybridantrieb weist ferner einen Stator 1 mit
Polschuhen 2 aus ferromagnetischem Material und Wicklungen 3 der Polschuhe 2 auf, die über nicht dargestellte elektrische Anschlüsse bestromt werden können. Die Polschuhe 2 sind vorzugsweise konzentrisch zur raumfesten Achse A-A' und in einer zur Achse A-A' senkrechten Ebene angeordnet und mit ihren Wirkflächen derart orientiert, dass sie auf den Beweger 8 oder zumindest Teilbereiche des Bewegers 8
elektromagnetische Kräfte ausüben können.
Hierzu weist der Beweger 8 ferromagnetisches Material auf und/oder besteht teilweise oder ganz aus ferromagnetischem Material und/oder weist Wirkelemente aus ferromagnetischem Material auf. Insbesondere kann auch die mit der Zahnung G1 der Polschuhe korrespondierenden Zahnung Z2 (auch zweite Bewegerzahnung Z2 genannt) ganz oder teilweise aus ferromagnetischem Material bestehen. Unter ferromagnetischen Materialien werden alle hart- oder weichmagnetischen Werkstoffe und deren
Legierungen und Compounds betrachtet, insbesondere auch
Permanentmagnete.
Insbesondere weist der Beweger 8 eine um eine zweite Achse B-B', siehe Fig.3, bevorzugt symmetrische Struktur auf. Die um die zweite Achse B-B' im Wesentlichen konzentrische Zahnung Z1 (auch erste
Bewegerzahnung Z1 (= innere radiale Bewegerzahnung) genannt) erstreckt sich auf der Oberfläche des Bewegers 8 über einen Bereich, der einen Eingriff mit der Zahnung M1 (auch erste Trägerzahnung M1 genannt) der Motorwelle 7 ermöglicht.
Die um die zweite Achse B-B' im Wesentlichen konzentrische Zahnung Z2 (auch zweite Bewegerzahnung Z2 (= äußere radiale Bewegerzahnung) genannt) erstreckt sich auf der Oberfläche des Bewegers 8 über einen Bereich, der einen Eingriff mit der Zahnung G1 der Polschuhe 2 (auch kurz Pole 2 genannt) des Stators 1 ermöglicht. Erfindungsgemäß weisen die Polschuhe 2 hierzu eine mit der Zahnung Z2 korrespondierende Zahnung G1 auf. Vorteilhafterweise können die Zahnungen Z1 , Z2, G1 , M1 , M2 so
dimensioniert sein, dass sich die Zahnung Z2 berührend in der Zahnung G1 der Polschuhe, insbesondere mit einem minimalem Luftspalt gleich Null abwälzen kann, während die Zahnung Z1 gegenüber der
korrespondierenden Zahnung M1 der Motorwelle eine geringes Spiel aufweisen kann.
Wie Fig.3 und die weiteren Fig.4 bis Fig. 17 zeigen, ist der Beweger 8 bezüglich seiner Achse B-B' um die raumfeste Achse A-A' kippbar und/oder drehbar. Insbesondere kann der maximale Kippwinkel durch die Zahnungen Z1 , Z2, G1 , M1 , M2, insbesondere die Zahntiefen, die Zahngeometrie und/oder die Radien auf denen sich die Zahnungen Z1 , Z2, G1 , M1 , M2 befinden, vorgegeben werden.
Insbesondere können die Zahnungen Z1 , Z2, G1 , M1 , M2 und die Radien so gewählt werden, dass auch im unbestromten Zustand und/oder bei unverkipptem Beweger 8 die Zahnungen Z1 , Z2, G1 , M1 , M2 zumindest teilweise oder in Teilbereichen im Eingriff sind, wodurch eine hohe
Selbsthemmung erreicht wird. In diesem Fall sind die Zahnungen Z1 , Z2, G1 , M1 , M2 so zu dimensionieren, dass erst bei vollständiger Verkippung des Bewegers 8 durch elektromagnetische Aktuierung die Zahnungen Z1 , Z2, G1 , M1 , M2 auf einer Seite des Bewegers 8 vollständig in Eingriff geraten und auf der diametral gegenüberliegenden Seite des Bewegers 8 außer Eingriff geraten, so dass das Abwälzen der Zahnungen Z1 , Z2, G1 , M1 , M2 im Betrieb nicht behindert ist.
Zum Betrieb des Kompaktantriebs wird der Beweger 8 durch Bestromung mindestens eines Poles 2 und der von diesem auf den Beweger 8 ausgeübten elektromagnetischen Kräfte gekippt, so dass die Zahnung Z1 mit M1 und die Zahnung Z2 mit G1 , sofern sie sich nicht bereits in Eingriff befinden, in Eingriff geraten.
Durch um die Achse A-A' umlaufende Bestromung der Pole wird der Beweger 8 zu einer um die Achse A-A' synchronen Taumelbewegung angeregt, die zum simultanen Abwälzen der Zahnungen Z1 in M1 und Z2 in G1 führt, wodurch die Motorwelle 7 in Rotation versetzt wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung, kann die zur Zahnung Z2 der
Taumelscheibe korrespondierende Zahnung G1 innerhalb oder außerhalb der Polschuhe 2 angeordnet sein. Hierdurch ist eine funktionale
Entkopplung der Zahnung G1 von den Aktoren A möglich. Bei dem in Fig.9 und den perspektivischen Ansichten Fig.10a und Fig.10b gezeigten
Ausführungsbeispiel befindet sich die Zahnung G1 innerhalb des Polkreises der Polschuhe 2. Das Gehäuseteil 1 stellt einen Stator oder Teile eines Stators dar, welcher mittels elektrisch aktuierbarer Spulen 3 und Polschuhe 2 die Aktoren A bildet, welche um die raumfeste Achse A-A' ringförmig angeordnet sind. Der Stator 1 ist mit dem Gehäusetopf 4 drehfest verbunden. Die Zahnung M1 der Motorwelle 7 korrespondiert mit der Zahnung Z1 des Bewegers 8. Insbesondere wird der Beweger 8 mit der kugelförmigen Ausformung 6 durch beidseitige Abstützung an den
Lagerflächen 9,10 zwischen dem Gehäusetopf 4 und der Motorwelle 7 gegenüber axialen Bewegungen fixiert, bleibt um die raumfeste Achse A-A', welche die Rotationsachse der Motorwelle 7 bildet, jedoch weiterhin kipp- und drehbar, wodurch ein Andruckmittel entfallen kann.
Der erfindungsgemäße Kompaktantrieb kann sowohl als Antrieb mit einstufiger Übersetzung, als auch als Antrieb mit zweistufiger Übersetzung ausgebildet sein. Zweistufig arbeitet der erfindungsgemäße Antrieb insbesondere, wenn die Verzahnung G1 eine von der Verzahnung Z2 abweichende Zähnezahl aufweist und die Verzahnung M1 eine von der Verzahnung Z1 abweichende Zähnezahl aufweist.
Einstufig arbeitet der erfindungsgemäße Antrieb insbesondere, wenn die Verzahnung G1 eine gleiche Zähnezahl wie die Verzahnung Z2 aufweist oder die Verzahnung M1 eine gleiche Zähnezahl wie die Verzahnung Z1 aufweist.
Anstelle von Zahnungen können insbesondere auch Strukturelemente dienen, welche verschiedene Körper drehgeschwindigkeitssynchron miteinander koppeln, so dass zwischen den Körpern vorzugsweise
Drehmomente übertragbar sind, beispielsweise Kupplungen, Bälge, Kardanelemente, drehsteife und biegeweiche Strukturen, Zahnungspaarungen mit gleicher Zähnezahl oder ähnliche komplementäre Strukturen, welche im Folgenden insgesamt als Koppelstrukturen bezeichnet werden.
Hierzu zeigen die Fig.10a und Fig.10b als Ausführungsbeispiel einen einstufigen Kompaktantrieb gemäß Fig.9, bei dem die Koppelstruktur durch ineinandergreifende Profile Z1 , M1 gebildet wird, welche die Motorwelle 7 und den Beweger 8 bezüglich Drehungen um die Achse A-A' drehfest koppelt. Insbesondere kann die Koppelstruktur durch im Wesentlichen komplementäre Profile gebildet sein, beispielsweise durch (zahn)profilartige Erhebungen und Vertiefungen. Dadurch ist ein Drehmoment zwischen dem Beweger 8 auf die Motorwelle 7 oder umgekehrt übertragbar. Der
Beweger 8 kann gegenüber dem Gehäuse 4 oder der hiermit verbundenen Trägerstruktur, durch die Aktoren A um die raumfeste Achse A-A' zu einer Wöbbel beweg ung angeregt werden. Weist die Verzahnung Z2 des
Bewegers 8 gegenüber der korrespondierenden gehäusefesten Verzahnung G1 eine abweichende Zähnezahl auf, wird der Beweger 8 gegenüber dem Gehäuse 4 oder der hiermit verbundenen Trägerstruktur in Rotation versetzt, welche durch die Koppelstrukturen Z1 , M1 auf die
Motorwelle 7 übertragen wird.
Die Koppelstrukturen können auf verschiedene Art und Weise gebildet sein, beispielsweise wie in Fig.10a und Fig.10b dargestellt, durch Erhöhungen und Vertiefungen des Oberflächenprofils.
Bei dem in Fig .1 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Koppelstruktur durch einen Balg 13 gebildet, welcher mit seinem einen Ende mit dem Beweger 8 und mit seinem anderen Ende mit der Motorwelle 7 drehsteif verbunden ist. Eine drehsteife Verbindung kann beispielsweise durch Verschweissen, Klemmen, Kleben oder andere Verbindungstechniken hergestellt werden. Die Verzahnung Z2 des Bewegers 8 kann auch, wie in Fig.1 1 dargestellt, auf der der Motorwelle 7 abgewandten Seite des
Bewegers 8 angeordnet sein und sich in einer korrespondierenden
Verzahnung G1 des Gehäuses 4 abwälzen. Weiterhin weist der Antrieb eine Feder 1 1 auf, welche in einer Ausnehmung 12 der Motorwelle angeordnet ist, mittels derer Beweger 8 und Kugel 6 in Kontakt und auf Anlage mit dem Gehäuse 4 gehalten werden. Insbesondere kann die Funktion der Feder 1 1 auch durch den Balg 13, oder durch eine andere, eine axiale Federrate aufweisende Koppelstruktur, übernommen werden und die Feder 1 1 entfallen.
Fig.12 zeigt eine Weiterbildung des in Fig.1 1 dargestellten
Kompaktantriebs, bei dem die Lagerungskugel 6 integraler Bestandteil des Bewegers 8 ist und durch beidseitige Abstützung zwischen dem
Gehäusetopf 4 und der Motorwelle 7 gegenüber axialen Bewegungen fixiert, jedoch weiterhin kipp- und drehbar ist. Hierzu weist die Motorwelle 7 eine zentrische Erhebung 17 mit einer Lagerfläche 10 auf, welche im
Zusammenwirken mit dem Gegenlager 9 des Gehäuses 4 den Beweger 8 axial fixiert. Vorteilhafterweise kann hierbei eine Andruckfeder des
Bewegers entfallen oder diese funktional durch die Koppel struktur 13, insbesondere einen Balg 13, substituiert werden, beispielsweise um ein Spiel auszugleichen.
Bei dem in Fig.13 gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich die Verzahnung Z2 des Bewegers 8 auf der den Polschuhen 2 der Aktoren 8 zugewandten Seite des Bewegers 8 und korrespondiert mit der Verzahnung G1 der Trägerstruktur. Weiterhin weist der Antrieb ein der Motorwelle 7 gegenüberliegendes Andruckmittel 1 1 auf, welches den Beweger 8, die Lagerungskugel 6 und die Motorwelle 7 spielfrei auf Anlage hält. Die Koppelstruktur wird durch einen Balg 13 gebildet, welcher die Motorwelle 7 und den Beweger 8 drehsteif und biegeweich miteinander verbindet.
Anstelle der Feder 1 1 kann auch die Koppel struktur 13, insbesondere ein Balg, eine Membran oder eine andere eine axiale Federrate aufweisende Struktur, die Funktion des Andruckmitteis übernehmen.
Zur Übertragung der Rotation des Bewegers 8 auf die Motorwelle 7 weist das in Fig.14 gezeigte Ausführungsbeispiel als Koppelstruktur eine
Motorwelle 7 mit konzentrisch um die Achse A-A' und zu dieser axial angeordneten Bolzen 14 auf, welche in Ausnehmungen 15 des Bewegers 8 eingreifen. Innendurchmesser und Form der Ausnehmungen 15 und der Bolzen 14 sind derart gestaltet, dass ein mechanisches Spiel zwischen dem Beweger 8 und der Motorwelle 7 sowie die Reibung der Bolzen 14 in den Ausnehmungen 15 minimal ist. Insbesondere können die Oberflächen der Bolzen 14 und der Ausnehmungen 15 zur Minderung der mechanischen Reibung tribologische Beschichtungen aufweisen.
Fig.15a zeigt einen alternativen Aufbau, bei dem das auf den Beweger 8 wirkende Drehmoment über eine Koppelstruktur 13, insbesondere einen Balg 13, an der Trägerstruktur respektive dem Gehäuse 4 und dem mit dem Gehäuse 4 verbundenen Stator 1 abgestützt wird. Fig.15b zeigt eine perspektivische Schnittansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig.15a.
Bei umlaufender Aktuierung der Aktoren A führt der Beweger 8
wobbelartige Bewegungen um die Achse A-A' aus, ohne selbst zu rotieren, wobei sich die Zahnung Z1 des Bewegers 8 in der Zahnung M1 der um die Achse A-A' drehbar gelagerten Motorwelle 7 abwälzt, wodurch die
Motorwelle 7 bei gegebener Zähnezahldifferenz Z1 zu M1 in Rotation versetzt wird.
Insbesondere kann das in Fig.15a, Fig.15b dargestellte
Ausführungsbeispiel, vorteilhaft zu einem permanentmagnetischen
Kompaktantrieb erweitert werden, bei dem durch die Aktoren A auf den Beweger 8 sowohl anziehende als auch abstoßende Kräfte ausübbar sind. Durch die drehwinkelfeste Aufhängung des Bewegers 8 über die
Koppelstruktur 13 am Gehäuse 4 sind jeweils Bereichen der Taumelscheibe Bereiche der Aktoren fest zuordenbar. Ein permanenterregter Antrieb der in Fig.15a, Fig.15b dargestellten Art weist beispielsweise Permanentmagnete auf der Oberfläche des Bewegers 8 oder in diese eingebettet auf, oder der Beweger 8 selbst bildet einen Permanentmagneten oder ist
permanentmagnetisch strukturiert. Vorteilhafterweise können die
Permanentmagnete oder die permanentmagnetischen Bereiche in Bezug auf die elektromagnetischen Aktoren A in einer optimalen Weise
angeordnet werden und behalten diese Lage, insbesondere Drehwinkellage und Orientierung bei.
Bei dem in Fig.16a abgebildeten Ausführungsbeispiel ist die Koppelstruktur durch radial abstehende Bolzen 14 der Motorwelle 7, R gebildet, welche in schlitzförmige Ausnehmungen 15 im inneren Bereich des Bewegers 8 eingreifen. Die Ausnehmungen 15 sind so bemessen und so orientiert, dass die Taumelbewegung des Bewegers 8 möglichst wenig behindert wird, jedoch ein Drehmoment durch die Bolzen 14 auf die Motorwelle 7 übertragbar ist.
Insbesondere verläuft die Längserstreckung der Ausnehmungen 15 im Wesentlichen parallel zur Achse A-A'. Zur Verdeutlichung zeigt Fig.16b eine perspektivische Schnittansicht. Bevorzugt ist der Beweger 8 durch einen kalottenförmigen Zentralbereich/Lagerungsbereich 6 einerseits gegenüber der Motorwelle 7 und andererseits gegenüber der Trägerstruktur, aufweisend die Gehäuseteile 4, 4' und einen Stator 1 , um die Achse A-A' dreh- und kippbar, jedoch axial fixiert gelagert. Der Stator 1 weist hierzu in seinem inneren Bereich ein Lagerungselement 5, beispielsweise eine Gleitlagerbuchse, auf, welches die Motorwelle 7 um die Achse A-A' drehbar lagert. Darüber hinaus weist die Motorwelle 7 eine stirnseitige Lagerfläche 16 auf, welche mit einem Gegenlager 17 des Gehäuseteils 4 korrespondiert und ein axiales Auswandern der Motorwelle 7 in Richtung des Gehäuseteils 4 unterbindet. Der kalottenförmig ausgeprägte Zentralbereich 6 des
Bewegers 8 stützt sich axial mit einer ersten Lagerfläche an einem stirnseitigen Gegenlager 9 des Lagerungselementes 5 und mit einer zweiten Lagerfläche an dem Gegenlager 10 der Motorwelle 7 ab, wodurch Motorwelle 7 und Beweger 8 axial fixiert sind. Insbesondere sind die Lagerflächen 9, 10 und der Zentralbereich 6 des Bewegers hierbei so ausgeführt, dass der Beweger 8 in einem Winkelbereich um die Achse A-A' kipp- und/oder rotierbar ist. Zur weiteren Reibungsminimierung können die Bolzen 14 drehbar oder wälzgelagert sein und/oder die Ausnehmungen 15 und/oder die Bolzen 14 eine reibungsmindernde Beschichtung aufweisen.
Als weiteres Merkmal weist das in Fig.16a, Fig.16b abgebildete
Ausführungsbeispiel einen Stator 1 mit primär radialer magnetischer Flussführung auf. Insbesondere können durch um die Achse A-A' umlaufende elektrische Bestromung der Wicklungen 3 der Aktoren A um die Achse A-A' umlaufende Magnetfelder im Stator 1 erzeugt werden, welche über die Pole 2 mit dem bevorzugt ferromagnetischen Beweger 8 wechselwirken und auf diesen um die Achse A-A' umlaufende
elektromagnetische Kräfte ausüben, die zu einem Abwälzen der
Bewegerzahnung Z2 in der Gehäusezahnung G1 führen und die Motorwelle
7 in Rotation versetzen.
Bevorzugt besteht im Bereich größter Annäherung zwischen dem Beweger
8 und den Polschuhen 2 der Aktoren A ein minimaler Luftspalt. Es ist jedoch auch möglich, dass der Beweger 8 berührend auf den Polschuhen 2 der Aktoren A abläuft oder die Polschuhe 2 selbst Zahnungen aufweisen. Vorteilhafterweise besitzt der ferromagnetische Beweger 8 eine Dicke, welche mindestens dem 0,4fachen des Polabstandes der Elektromagnete A entspricht.
Das in Fig.17a gezeigte Ausführungsbeispiel weist eine in die
Trägerstruktur des Kompaktantriebs integrierte Motorsteuerungselektronik 18 bestehend aus zumindest einer Leiterplatte 18 mit
Elektronikkomponenten 19 auf. Bevorzugt sind die Wicklungen 3 der elektromagnetischen Aktoren A direkt mit der Motorsteuerungselektronik 18, 19 verbunden. Zur Überwachung, Steuerung, Regelung des
Kompaktantriebes kann dieser mit der Motorsteuerungselektronik 18 verbundene Sensoren, beispielsweise zur Erfassung von Drehzahl, Temperatur, Strom, Rotorlage, Kraft/Drehmoment aufweisen und/oder derartige Sensoren sind in die Leiterplatte 18 integriert.
Des Weiteren kann die Motorsteuerungselektronik 18 über nicht
dargestellte Elemente sowohl mit einer Leistungsversorgung als auch mit einer Steuerungs- und/oder Bedieneinheit verbunden sein, wobei die Leistungsversorgung sowohl über elektrische Verbindungsleitungen als auch induktiv erfolgen kann. Insbesondere kann die Übertragung von Motorsteuerungs-, Regelungs-, Sensorsignalen in und aus dem Kompaktantrieb per Funk, auf optischem Wege (Glasfaserkabel) oder mittels elektrischer Leitungen erfolgen und der Kompaktantrieb mit einem Kommunikations- oder Datenbus verbunden sein.
Fig.17b zeigt eine Schnittdarstellung in perspektivischer Ansicht. Der Stator 1 weist um die Achse A-A' radial angeordnete Elektromagnete mit
Wicklungen 3 und Polschuhen 2 auf, welche die Aktoren A bilden und welche mit dem Beweger 8 magnetisch wechselwirken. Insbesondere befindet sich die Verzahnungsstruktur Z2 des Bewegers 8 auf der den Polschuhen 2 abgewandten Seite des Bewegers 8, wodurch die den
Polschuhen 2 zugewandte Oberfläche des Bewegers 8 in optimaler Weise zur elektromagnetischen Wechselwirkung mit den Polschuhen 2 nutzbar ist. Vorteilhafterweise kann der Antrieb hierdurch bei gleicher Leistung einen geringen Außendurchmesser aufweisen.
Motorwelle 7 und Beweger 8 sind durch Lagerflächen des Gehäuseteils 4' und der Lagerhülse 5 axial fixiert, um die Achse A-A' jedoch drehbar. Hierzu weist die Motorwelle 7 einen Kragen 16 auf, der sich an der stirnseitigen Fläche 17 der Lagerhülse 5 abstützt. Das Gegenlager wird durch die Lagerfläche 10 der Motorwelle 7 im Zusammenwirken mit dem
kalottenförmig ausgestalteten Zentralbereich 6 des Bewegers 8 und der korrespondierenden Lagerfläche 9 im Gehäuseteil 4' gebildet. Durch die Abstützung des Bewegers 8 gegenüber dem Gehäuseteil 4' und gegen die Motorwelle 7 ist der Beweger 8 um die Achse A-A' zusätzlich kippbar. Der Gehäuseteil 4 und der Gehäuseteil 4' sind miteinander zu einer Einheit verbunden. Ebenso ist der Stator 1 fest mit der aus den Gehäuseteilen 4, 4' gebildeten Einheit verbunden.
Bei um die Achse A-A' umlaufender Bestromung der Aktoren A führt der Beweger 8 eine wobbelartige Bewegung aus, bei der sich die
Symmetrieachse B-B' des Bewegers 8 um die Achse A-A' herum auf einer Kegelfläche bewegt und sich die Verzahnung Z2 in der stirnseitigen
Verzahnung G1 des Gehäuseteils 4' abwälzt, wodurch der Beweger 8 um die Achse A-A' in Rotation versetzt wird, welche durch die Bolzen 14, welche in Ausnehmungen 15 des Bewegers 15 eingreifen, auf die
Motorwelle 7, R übertragen wird. Das an der Motorwelle 7 abgreifbare Drehmoment ist durch die Stromamplitude und die Pulsbreite der
Bestromungspulse der Aktoren A steuerbar, wobei die Bestromungspulse überlappen können, so dass beispielsweise Aktoren i, i+1 , ... bereits bestromt werden, bevor der Aktor i entströmt wird.
Die Drehgeschwindigkeit der Motorwelle 7 ist durch die elektrische
Frequenz mit der das Bestromungsmuster um die Achse A-A' umläuft und die Drehrichtung durch den Umlaufsinn des Bestromungsmusters um die Achse A-A' steuerbar. Insbesondere können die durch die veränderlichen Luftspalte zwischen dem Beweger 8 und den Polschuhen 2 ebenfalls variablen elektrischen Impedanzen der Aktoren A zur sensorlosen
Detektion physikalischer Parameter (Self-Sensing), beispielsweise einer Position des Bewegers 8, eines Drehmomentes der Motorwelle 7 oder einer Drehzahl herangezogen werden. Bevorzugt erfolgt eine sensorlose
Lastdetektion durch Auswertung der Phasen- und/oder
Amplitudenbeziehungen elektrischer und/oder mechanischer Parameter.
Vorteilhaft zur Erzielung hoher Drehmomente, hoher Wirkungsgrade, eines geräuscharmen Betriebes und/oder hoher Leistungen ist es, mehrere benachbarte Pole 2 mit einem um die Achse A-A' umlaufenden Pulsmuster und einer dem gewünschten Betriebsmodus angepassten Phasenschiebung zu bestromen. Hierzu kann die Pulsform eine geeignete Form aufweisen, beispielsweise eine Sinus-, Rechteck-, Dreieck- oder
Trapezform oder eine andere geeignete Form. Insbesondere kann über Flankensteilheiten, Anstiegs- und Abfallzeiten der Ansteuerpulse und asymmetrische Pulsformen das Verhalten des Hybridantriebes in starkem Maße beeinflusst werden. Insbesondere können durch Erfassung elektrischer Größen des Hybridantriebes wie beispielsweise Strom,
Spannung, Ladung sensorische Daten, insbesondere ein Lastmoment und/oder eine Drehwinkelstellung ermittelt und zur Steuerung und/oder Regelung des Hybridantriebs genutzt werden.
Mittels einer nicht dargestellten Ansteuerungselektronik können die einzelnen Wicklungen 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 2 oder die Gesamtheit der bestromten Pole 2 übt auf den Beweger 8 elektromagnetische Kräfte aus, welche die Zahnung Z2 in Eingriff mit der Zahnung G1 der Polschuhe 2 und/oder die Zahnung Z1 in Eingriff mit der Zahnung M1 bringt beziehungsweise hält. Bei sequentieller Fortschaltung des Bestromungsmusters hat der
Beweger 8 das Bestreben jeweils die Lage minimaler Streufeldenergie einzunehmen und dem umlaufenden Bestromungsmuster zu folgen.
Es wirken somit auf den Beweger 8 um die Achse A-A' umlaufende magnetische Kräfte. Hierbei wälzt die Zahnung Z2 in/auf der
Polschuhzahnung G1 und/oder die Zahnung Z1 in/auf der Zahnung M1 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.
Insbesondere ist eine Auffüllung der Lücken zwischen den gezahnten Polschuhen 2 mit einem Füllmaterial bei dem erfindungsgemäßen
Antriebssystem anwendbar. Bevorzugt ist das Füllmaterial nicht oder nur gering ferromagnetisch und besonders bevorzugt, weist das Füllmaterial, auf seinem Radius bzw. Umfang die gleiche Zahnung G1 wie die
Polschuhe 2 auf, so dass der Beweger 8 auf einer geschlossenen Zahnung, gebildet durch die gezahnten Polschuhe 2 und die mit Füllstoff aufgefüllten ebenfalls gezahnten Lücken zwischen den Polschuhen 2 abwälzen kann.
Insbesondere kann ein Füllstoff auch die Zahnung G1 der Polschuhe 2 bedecken und die Zahnungskontur der Polschuhe 2 in den Bereichen der Polschuhe 2 abbilden. Der Füllstoff kann auch die Lücken zwischen den Polschuhen 2 auffüllen und diese in einer Dicke bedecken, wobei er deren Zahnung G1 fortsetzt. Zusätzlich kann der Füllstoff auf seiner Oberfläche eine reibfeste und/oder tribologische Schicht oder Beschichtung aufweisen. Vorteilhafterweise kann der Füllstoff die Wicklungen 3 fixieren und/oder um- hüllen und die Wärmeabfuhr der Wicklungen verbessern. Beispielsweise kann der Füllstoff ein spritzgießfahiges Material, Compound oder Gießharz sein. Insbesondere kann der Füllstoff die Nuten des Stators 1 ganz oder teilweise ausfüllen.
Insbesondere können die Polschuhe 2 verbreitert sein und eine verbreiterte Polschuhzahnung G1 aufweisen. Insbesondere wird hierdurch ein Abstand der Zahnungsbereiche der Polschuhe 2 minimal, was ein kontinuierliches kämmendes Abwälzen des Bewegers 8 erleichtert und andererseits hinreichend groß, um einen magnetischen Nebenschluss zwischen benachbarten Polschuhen 2 gering zu halten.
Auch hierbei können die verbleibenden Nuten mit Füllstoff aufgefüllt sein, der die Polschuhzahnung G1 fortsetzt, wobei der Füllstoff bündig mit der Polschuhzahnung G1 abschließen oder diese mit einer Dicke bedecken kann.
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 8 eine Anzahl von mindestens zwei Aktoren A, bevorzugt eine Anzahl von mindestens drei Aktoren A auf. Insbesondere eignen sich neben elektromagnetischen und
elektrodynamischen Aktoren A 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 2 und/oder passiver, der magnetischen Flussführung dienender Flussschuhe, kann ein erfindungsgemäßes Antriebssystem mittels bekannter An- steuerungen, 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 Polen 2, Polwicklungen 3 und einem ganz oder teilweise ferromagnetischen Beweger 8 auf unterschiedliche Arten bestromt werden und hierdurch die Charakteristik der
Antriebssysteme und der Aufwand zur elektrischen/elektronischen
Steuerung der Wicklungsströme beeinflusst werden.
Vorteilhaft für die Funktion des Antriebssystems ist es, wenn die aus den Polen 2 austretenden Magnetfeldlinien benachbarter Pole 2
entgegengesetzte Vorzeichen haben, so dass der magnetische Fluss der
Pole 2 im Umlaufsinn um die Achse A-A' einer Abfolge N-S-N-S (N = magnetischer Nordpol, S = magnetischer Südpol) genügt, wobei es unerheblich ist, ob die Pole 2 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 8 auszuüben, da die Magnetfeldlinien die Tendenz haben, sich über den ferromagnetischen Beweger von einem Pol 2 zu einem anderen Pol 2 zu schließen.
Vorzugsweise ändert sich die Orientierung des Magnetfeldes eines Poles 2 bei einem Stator 1 mit einer geraden Anzahl von Polen 2 im Betrieb nicht und die Stromrichtung durch die Wicklung 3 eines Poles 2 bleibt gleich. Weisen die einzelnen Wicklungen 3 der Pole 2 beispielhaft einen gleichen Windungssinn auf, kann eine alternierende Abfolge der Orientierung der Magnetfeldlinien benachbarter Pole 2 insbesondere durch
entgegengesetzte Stromrichtungen benachbarter Wicklungen 3 erzeugt werden.
Vorzugsweise erfolgt eine elektrische Ansteuerung der Wicklungen mittels unipolarer Endstufen, wobei zur Erzeugung entgegengesetzter
Stromrichtungen benachbarter Pole 2, die Anschlüsse jeder zweiten Wicklung 3 mit der Endstufe kommutiert (vertauscht) werden. Insbesondere kann eine Vertauschung der Polarität auch durch einen Multiplexer oder einen Kommutator erfolgen. 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 kann hierdurch die Anzahl elektrischen Zuleitungen eines 10poligen
Stators 1 von 20 Zuleitungen auf 1 1 Zuleitungen (z.B. 1 x Masseleitung, 10 x spannungsführende Leitungen zur Ansteuerung der Wicklungen) verringert werden.
Zum Betrieb von Statoren 1 mit einer ungeraden Anzahl von Polen 2 eignen sich vorzugsweise bipolare Endstufen und/oder Kommutatormittel zur Kommutierung der Stromrichtung. Insbesondere kann sich die
Magnetfeldrichtung eines Poles 2 bei umlaufendem Bestromungsmuster alternierend ändern. Insbesondere kann eine Stromkommutierung der Wicklungen bei Statoren 1 mit einer geraden oder einer ungeraden Anzahl von Polen 2 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 3 aufweisen.
Bevorzugterweise werden die Wicklungen 3 stromgesteuert oder
stromgeregelt betrieben.
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. Vorteilhafterweise hat ein Bestromungsprofil für einen Pol 2 eines Antriebssystems mit einem Stator, der eine gerade Anzahl von Polen 2 und einen ferromagnetischen Beweger 8 aufweist, eine 360 Grad Periodizität.
Vorteilhafterweise sind die Bestromungsprofile der Pole 2 bis auf einen Phasenversatz identisch, wobei die Bestromungsprofile benachbarter Pole 2 abhängig vom Wicklungsschema und/oder elektrischem
Beschaltungsschema der Wicklungen 3, gleiches oder entgegengesetztes Vorzeichen haben können.
Vorteilhafterweise weisen die Bestromungsprofile benachbarter Pole 2 einen gleichen Phasenversatz auf. Insbesondere kann durch Änderung des Vorzeichens des Phasenversatzes z.B. die Drehrichtung der Motorwelle 7 kommutiert werden. Vorteilhafterweise weist ein Antriebssystem mit einer geraden Anzahl N von bestrombaren Polen 2 zwischen den
Bestromungsprofilen benachbarter Pole 2 einen Phasenversatz von
+360 N auf, wobei das Vorzeichen die Drehrichtung vorgibt. Vorzugsweise ist 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. Insbesondere sind die Pulsbreiten kontinuierlich oder diskret veränderbar. Insbesondere bestimmt die Pulsbreite die Überlappung der Bestromungsprofile der Pole 2 und die Anzahl und/oder Dauer der gleichzeitig bestromten Pole 2. 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, 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.
Insbesondere können Wicklungen eines Stators 1 elektrisch miteinander verschaltet werden. Beispielsweise kann durch elektrische
Zusammenschaltung von jeweils zwei Wicklungen 3 eines 10poligen Stators ein 5poliger Stator erzeugt werden. Vorteilhafterweise hat ein Bestromungsprofil für einen Pol 2 eines Antriebssystems mit einer ungeraden Anzahl von Polen 2 unter Berücksichtigung der Stromkommutierung eine 720 Grad Periodizität. Insbesondere wechselt nach jeweils 360 Grad die Orientierung des Magnetfeldes,
beziehungsweise die Richtung des erzeugenden Wicklungsstromes eines jeden Pols 2. Die Polschuhe 2 können beispielsweise eine mit jedem
Umlauf alternierende Magnetfeldorientierung aufweisen.
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 eine 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 2 auch passive, der Flussführung dienende Pole 2 aufweisen.
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 eine Anzahl passiver Flussschuhe zur magnetischen Flussführung aufweisen.
Durch Multiplexen der Wicklungen 3 kann ein Betrieb mit reduzierter Anzahl von Endstufen verwirklicht werden.
Insbesondere weist ein erfindungsgemäßes Antriebssystem für den Antrieb des mindestens einen Bewegers 8 eine Anzahl von mindestens zwei Aktoren A, bevorzugt eine Anzahl von mindestens drei Aktoren A auf. Insbesondere eignen sich auch Festkörperaktoren, elektrostatische Aktoren und/oder dielektrische Aktoren.
Bezugszeichenliste
1 Stator
2 Polschuhe
3 Wicklung
4, 4' Gehäuse
5,6 Lagerungselemente/Lagerungsmittel
7 Motorwelle/Welle
8 Beweger
9 Lagerfläche
10 Lagerfläche
1 1 Druckfederelement
12 Aussparung
13 Koppelstruktur (Balg)
14 Bolzen (Teil der Koppelstruktur)
15 Ausnehmung (Teil der Koppelstruktur)
16 Kragen
17 Lagerfläche
18 Leiterplatte
19 Elektronikkomponente
A-A' raumfeste Achse
A Aktor
B-B' zweite Achse
G1 Zahnung (Trägerzahnung)
M1 , M2 Zahnung (Trägerzahnung)
R Rotor
T Trägerstruktur
V Vorrichtung
Z1 , Z2 Zahnung (= Bewegerzahnung)

Claims

Ansprüche
1 . Vorrichtung (V) zur elektromechanischen Erzeugung von Rotation, umfassend zumindest
- einen Stator (1 ),
- einen Rotor (R),
- einen Aktor (A) und
- ein diese aufnehmendes Gehäuse (4),
wobei der Stator (1 ) und der Rotor (R) axial ineinander angeordnet sind und im Betrieb des Aktors (A) mittels eines Bewegers (8) an
mindestens einer Position miteinander gekoppelt sind,
wobei der Beweger (8) um eine raumfeste Achse (Α-Α') drehbar und/oder kippbar ist.
2. Vorrichtung (V) nach Anspruch 1 , wobei der Beweger (8) gegenüber einer Trägerstruktur, insbesondere einem Gehäuse (4) oder einem Rotor (R), mittels Lagerungsmitteln bezüglich Drehungen um die raumfeste Achse (Α-Α') drehfest, aber axial bewegbar/kippbar gekoppelt ist.
3. Vorrichtung (V) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Beweger (8) und das Gehäuse (4) mittels zugehöriger und einander gegenüberliegender Lagerflächen (10 bzw. 9) an einem gemeinsamen Lagerungsmittel (6) abgestützt sind.
4. Vorrichtung (V) nach Anspruch 3, wobei das Lagerungsmittel (6)
kugelförmig ausgebildet ist.
5. Vorrichtung (V) nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Beweger (8) als eine Kreisscheibe mit einer mittigen Aussparung (12) ausgebildet ist.
6. Vorrichtung (V) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Aussparung (12) eine zur Außenform des Lagerungsmittels (6) korrespondierende Form aufweist.
7. Vorrichtung (V) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Rotor (R) und dem Beweger (8) ein
Druckfederelement (1 1 ) angeordnet ist.
8. Vorrichtung (V) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rotor (R) mittels einer Arretiereinrichtung gegen ein axiales
Verschieben gesichert ist.
9. Vorrichtung (V) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stator (1 ) und der Rotor (R) eine Trägerstruktur bilden und im Betrieb des Aktors (A) auf den Beweger (8) derart um die raumfeste Achse (A- A') umlaufende Kräfte ausübbar sind, dass der Beweger (8) und die Trägerstruktur (T) aufeinander oder ineinander kämmend oder rollend abwälzen, so dass der Rotor (R) in Rotation versetzt wird.
10. Vorrichtung (V) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Beweger (8) an der in Richtung des Rotors (R) und des Stators (1 ) liegenden Oberfläche eine erste Bewegerzahnung (Z1 ) und eine zweite Bewegerzahnung (Z2) aufweist.
1 1 . Vorrichtung (V) nach Anspruch 10, wobei die erste
Bewegerzahnung (Z1 ) und die zweite Bewegerzahnung (Z2) konzentrisch um einen Mittelpunkt des Bewegers (8) angeordnet sind.
12. Vorrichtung (V) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stator (1 ) und der Rotor (R) eine Trägerstruktur bilden, die in Richtung des Bewegers (8) eine erste Trägerzahnung (M1 ) und eine zweite Trägerzahnung (M2, G1 ) aufweist, die konzentrisch um die raumfeste Achse (Α-Α') angeordnet sind.
13. Vorrichtung (V) nach Anspruch 12, wobei im Betrieb des Aktors (A) auf den Beweger (8) derart um die raumfeste Achse (Α-Α') umlaufende Kräfte ausübbar sind, dass die beiden Bewegerzahnungen (Z1 ; Z2) mit den Trägerzahnungen (M1 ; M2 oder G1 ) kämmend abwälzen, so dass der Rotor (R) in Rotation versetzt wird.
14. Vorrichtung (V) nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Trägerstruktur um die raumfeste Achse (Α-Α') drehbar ist.
15. Vorrichtung (V) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Beweger (8) zumindest bereichsweise oder vollständig aus einem ferromagnetischen Material und/oder einem Permanentmagnet gebildet ist.
16. Vorrichtung (V) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aktoren (A) durch mehrere um die raumfeste Achse (Α-Α') ringförmig angeordnete Elektromagnetspulen gebildet sind.
17. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung (V) zur elektromechanischen Erzeugung von Rotation nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei mittels einer in die Trägerstruktur (T) integrierten Elektronik (18) die Aktoren (A) mit vorgebbaren Pulsmustern bestrombar sind.
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