WO2023143821A1 - Elektromotor mit winkelsensor und elektromagnetisch betätigbarer bremse - Google Patents

Elektromotor mit winkelsensor und elektromagnetisch betätigbarer bremse Download PDF

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WO2023143821A1
WO2023143821A1 PCT/EP2022/086795 EP2022086795W WO2023143821A1 WO 2023143821 A1 WO2023143821 A1 WO 2023143821A1 EP 2022086795 W EP2022086795 W EP 2022086795W WO 2023143821 A1 WO2023143821 A1 WO 2023143821A1
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WO
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electric motor
angle sensor
brake
rotor
motor according
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Application number
PCT/EP2022/086795
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English (en)
French (fr)
Inventor
Manuel Gandyra
Sandro Wittemann
Björn Büttner
Original Assignee
Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg filed Critical Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/102—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with friction brakes
    • H02K7/1021—Magnetically influenced friction brakes
    • H02K7/1023—Magnetically influenced friction brakes using electromagnets
    • H02K7/1025—Magnetically influenced friction brakes using electromagnets using axial electromagnets with generally annular air gap
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/16—Centering rotors within the stator; Balancing rotors

Definitions

  • the invention relates to an electric motor with an angle sensor and an electromagnetically actuable brake.
  • an electric motor can be braked by a brake, ie frictional torque can be supplied to the rotor of the electric motor by activating the brake.
  • a lining carrier is known from DE 102008 020 513 A1.
  • a spring-loaded brake with a magnet housing is known from EP 2 623 815 B1.
  • a disc brake motor is known from EP 0 077 032 A1.
  • a sensor arrangement is known from DE 10 2016 002 387 A1.
  • the invention is therefore based on the object of designing electric motors to be compact and inexpensive to produce.
  • the object is achieved with the electric motor according to the features specified in claim 1.
  • the brake has a magnetic body in which a coil of the brake is inserted and/or accommodated, with a dome area being formed on the magnetic body on the side of the magnetic body that faces the angle sensor , which protrudes towards the angle sensor, wherein a rotor, in particular a rotor shaft, of the electric motor protrudes through the magnetic body, wherein a stepped bore is made in the magnetic body on the side of the magnetic body facing the angle sensor, wherein a base part of the angle sensor rests against one of the steps of the stepped bore, in particular for centering, wherein the stepped bore is aligned concentrically and/or coaxially with the axis of rotation of the rotor.
  • the magnetic body has steps, only one of which is used to center the angle sensor, in particular the base part of the angle sensor. Another of the stages is therefore unused, but can be used when manufacturing a motor which has a different angle sensor, in which case the first-mentioned stage is then unused.
  • the invention thus offers the possibility of producing different variants of electric motors of an electric motor series, with the variants differing at least in the respective angle sensor or its base part.
  • An adapter is therefore not necessary for mounting the angle sensor and the electric motor can therefore be designed to be compact.
  • the dome area in which the steps are introduced is not flooded by the main field of the coil of the brake.
  • the steps are introduced by means of a stepped bore, which is introduced into the dome area.
  • the stepped bore does not affect the main panel; nevertheless, the dome area is formed in one piece with the rest of the magnetic body and therefore no separate part is required for connecting the stationary part of the angle sensor.
  • the base part is spaced apart from at least one other step of the stepped bore.
  • base parts of different sizes can be connected to the magnet body.
  • an axial groove is made in one, two or more stepped walls of the stepped bore, into which a nose area of the base part protrudes radially outward on the base part.
  • the advantage here is that a support in the circumferential direction can be provided directly on the magnet body.
  • a rotor part of the angle sensor is non-rotatably connected to the rotor of the electric motor and a stator part of the angle sensor is non-rotatably connected to the base part or the base part acts as a stator part of the angle sensor.
  • the angle sensor is designed to be suitable for detecting the angular position of the rotor of the electric motor.
  • the advantage here is that an angle sensor can be integrated into the electric motor, in particular can be attached to the magnet body and can therefore be connected in a compact manner.
  • the electric motor has a stator housing, with a first bearing flange being connected to the stator housing and a second bearing flange being connected to the stator housing, the first bearing flange being spaced apart from the second bearing flange, with a first bearing for rotatable mounting in the first bearing flange of the rotor, with a second bearing for the rotatable mounting of the rotor being accommodated in the second bearing flange, with the magnet body being connected in a torque-proof manner to the first bearing flange, with the first bearing flange having a flat, in particular finely machined surface that functions as a braking surface.
  • the advantage here is that a braking surface can be formed on the bearing flange and thus the frictional heat of the brake can be dissipated to the environment via the bearing flange.
  • an annular driver is placed on the rotor and connected to the rotor in a torque-proof manner, the driver having external teeth, a brake pad carrier being placed on the driver and its internal teeth meshing with the external teeth of the driver, so that the brake pad carrier is arranged to be movable in the axial direction relative to the driver and the brake pad carrier is connected to the driver in a rotationally fixed manner, wherein a ferromagnetic armature disk is arranged axially between the brake pad carrier and the magnet body, wherein spring elements supported on the magnet body press on the armature disk, wherein the armature disk is arranged movably in the axial direction and is non-rotatably connected to the magnet body, in particular the brake pad carrier in the axial direction between the Braking surface and the armature disk is arranged, in particular wherein bolts are fastened in the magnetic body, which protrude axially through recesses in the armature disk, in particular as a guide for the armature disk.
  • the brake is automatically activated in the event of a power failure.
  • the magnetic body required for deflecting the magnetic field of the coil of the brake is lengthened axially by means of the dome area formed on it, thereby enabling a compact connection of the angle sensor without disturbing the main field of the coil. Increased safety and a compact design are thus achieved.
  • the brake is designed in such a way that when the coil is energized, the armature disk is pulled towards the magnet body against the spring force generated by the spring elements, and when the coil is not energized, the armature disk is pressed onto the brake pad carrier by the spring elements, so that the brake pad carrier is pressed against the braking surface is pressed.
  • the advantage here is that the brake can be activated electromagnetically and engages when there is no current. Thus, security is increased.
  • the brake pad carrier has brake pads on both axial sides, in particular a first brake pad being arranged on the side of the brake pad carrier facing the anchor disk and a second brake pad being arranged on the side of the brake pad carrier facing the braking surface.
  • the advantage here is that a cost-effective design is made possible.
  • the main magnetic field flux generated by the coil is at a distance from the dome area, or at least the main field flux generated by the coil does not flow through the dome area.
  • the angle sensor can be attached to a stepped bore, which, although it extends axially into the magnetic body, is made possible without disturbing the main flow.
  • the spring elements are arranged radially inside the coil.
  • the radial spacing area covered by the spring elements in particular in relation to the axis of rotation of the rotor, is arranged radially inside the radial spacing area covered by the coil.
  • the angle sensor is arranged on the side of the magnetic body facing away from the armature disk and/or the brake pad carrier.
  • the advantage here is that the angle sensor is shielded as well as possible from the magnetic fields of the brake, in particular the coil of the brake, and also from the magnetic fields of the stator winding of the electric motor.
  • At least a partial area of the base part is made of a soft metal, in particular aluminum, in particular for shielding against an alternating magnetic field.
  • a soft metal in particular aluminum, in particular for shielding against an alternating magnetic field.
  • At least a partial area of the base part is made of a ferromagnetic material, in particular for shielding a magnetic field, in particular a static magnetic field.
  • a magnetic field in particular a static magnetic field.
  • the base part rests with its portion made of soft metal on the step of the stepped bore and that of ferromagnetic Material-made sub-area is arranged on the side of the sub-area made of soft metal that is spaced apart from the dome area.
  • the advantage here is that alternating magnetic fields remain at a distance from the ferromagnetic sub-area and thus less heat loss from hysteresis occurs.
  • centering the soft magnetic portion on the stepped bore is much easier than centering a ferromagnetic portion. This is because the magnetic force emanating from the magnetized magnetic body would cause high static friction on the latter partial area.
  • the soft magnetic section on the other hand, can be moved without any particular effort - even if it is already in contact with the stepped bore.
  • the radial outer circumference of the dome area is designed as a circular truncated cone section.
  • the dome area has a conical lateral surface.
  • FIG. 1 shows a side view of a magnetic body of an electromagnetically actuable brake of an electric motor according to the invention.
  • FIG. 1 An associated cross section is shown in FIG. 1
  • the magnetic body has an annular recess 2 for receiving a coil that can be energized.
  • the magnet body 1 has a recess for receiving 3 a spring element.
  • Ring springs or spiral springs, for example, can be used as the spring element.
  • the axial direction is aligned parallel to the ring axis of the annular recess 2 and also parallel to the axis of rotation of a rotatably mounted rotor of the electric motor.
  • Bearings are accommodated in respective bearing flanges of the electric motor to support the rotor.
  • the bearing flanges are non-rotatably connected to a stator housing of the electric motor.
  • the magnetic body 1 is non-rotatably connected to the stator housing of the electric motor.
  • a ferromagnetic armature disk is non-rotatably connected to the magnet body and is arranged so that it can be displaced axially relative to the magnet body.
  • bolts are inserted into bores in the magnet body and protrude through bores in the armature disk. The armature disk is thus guided in its axial movement.
  • the coil is placed in the annular recess 2 and the magnet body 1 guides the magnetic field generated by the coil when it is energized in such a way that the armature disk is attracted to the magnet body 1 .
  • the armature disk is pushed away from the magnet body, particularly in the axial direction, by the respective spring elements accommodated in recesses 3, which are thus supported on magnet body 1 and press on the armature disk.
  • the magnetic field generated by the coil is deflected by the magnet body 1 from the outer area surrounding the coil into the inner area around which the coil is wound, ie in particular by almost 180°.
  • the magnet body 1 has a dome region 4 protruding opposite to the axial direction. This dome area 4 is not necessary for the deflection of the magnetic field around the coil and is therefore only traversed by the stray field.
  • a stepped bore is introduced into the magnet body 1, the steps of which act as centering steps, ie serve to center a base part of an angle sensor.
  • This base part has corresponding centering collars, which can be placed against at least one centering collar and can therefore be aligned.
  • a rotor part of the angle sensor is non-rotatably connected to the rotor of the electric motor, which protrudes through the magnet body 1 .
  • a stator part of the angle sensor is connected to the base part in a rotationally fixed manner or is designed in one piece, in particular in one piece, with the base part.
  • the angular position of the rotor can be detected by the angle sensor and can be forwarded to a controller or to a converter, which supplies the electric motor with electricity.
  • the dome area 4 and the stepped bore made in it with the centering steps (5, 6) do not reduce or interrupt the magnetic flux generated by the coil when it is energized. This is because the dome area 4 in particular is formed away from that area of the magnetic body 1 which carries the main flux.
  • the radial outer circumference of the dome area 4 is designed as a circular truncated cone section.
  • the dome area therefore has a conical lateral surface. This provides increased stability for the attachment of the base part. In this way, a stiff and stable torque arm can be provided for the angle sensor.
  • the invention thus brings about the connection of different variants of a series of angle sensors by means of the mechanical interface formed on the magnet body.
  • a ring-shaped driver is slipped onto the rotor of the electric motor and is connected to the rotor in a rotationally fixed manner.
  • the driver has teeth on its outside.
  • a brake pad carrier is slipped onto the driver and has internal teeth that mesh with the external teeth of the driver.
  • the brake pad carrier is thus connected to the driver and thus to the rotor in a torque-proof manner and can be displaced in the axial direction relative to the driver or rotor.
  • the armature disk is arranged axially between the magnet body 1 and the brake lining carrier.
  • the brake lining carrier is arranged axially between an end shield of the electric motor, which accommodates a bearing for supporting the rotor, and the armature disk.
  • the bearing plate has a finely machined, particularly flat surface, on which the brake pad carrier and its brake pad perform friction work when the brake pad carrier is pressed onto the surface, ie the braking surface, by the anchor disk.
  • the magnet body 1 is preferably made of nodular cast iron and is designed in one piece with its dome area 4, that is to say in one piece. That centering step 5 which has the largest inside diameter is arranged radially inside the smallest outside diameter of the dome area 4 .
  • An axial groove is made in one, two or more stepped walls of the stepped bore, into which a nose area of the base part protrudes radially outward on the base part.
  • the largest radial distance of each of the centering steps (5, 6) in relation to the axis of rotation of the rotor is smaller than the smallest radial distance of the radially outer circumference of the dome area 4 in relation to the axis of rotation of the rotor.

Abstract

Elektromotor mit Winkelsensor und elektromagnetisch betätigbarer Bremse, wobei die Bremse einen Magnetkörper aufweist, in welchem eine Spule der Bremse eingelegt und/oder aufgenommen ist, wobei auf der dem Winkelsensor zugewandten Seite des Magnetkörpers am Magnetkörper ein Dombereich ausgeformt ist, der zum Winkelsensor hin hervorragt, wobei ein Rotor, insbesondere eine Rotorwelle, des Elektromotors durch den Magnetkörper hindurchragt, wobei auf der dem Winkelsensor zugewandten Seite des Magnetkörpers eine Stufenbohrung in den Magnetkörper eingebracht ist, wobei ein Basisteil des Winkelsensors an einer der Stufen der Stufenbohrung anliegt, insbesondere zur Zentrierung, wobei die Stufenbohrung konzentrisch und/oder koaxial zur Drehachse des Rotors ausgerichtet ist.

Description

Elektromotor mit Winkelsensor und elektromagnetisch betätigbarer Bremse
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit Winkelsensor und elektromagnetisch betätigbarer Bremse.
Es ist allgemein bekannt, dass ein Elektromotor durch eine Bremse abbremsbar ist, also durch Aktivierung der Bremse dem Rotor des Elektromotors Reibmoment zuführbar ist.
Aus der DE 10 2010 045447 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik ein Elektromotor bekannt.
Aus der DE 102008 020 513 A1 ist ein Belagträger bekannt.
Aus der EP 2 623 815 B1 ist eine Federdruckbremse mit einem Magnetgehäuse bekannt.
Aus der EP 0 077 032 A1 ist ein Scheibenbremsmotor bekannt.
Aus der DE 10 2016 002 387 A1 ist eine Sensoranordnung bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Elektromotoren kompakt und kostengünstig herstellbar auszuführen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Elektromotor nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Elektromotor mit Winkelsensor und elektromagnetisch betätigbarer Bremse sind, dass die Bremse einen Magnetkörper aufweist, in welchem eine Spule der Bremse eingelegt und/oder aufgenommen ist, wobei auf der dem Winkelsensor zugewandten Seite des Magnetkörpers am Magnetkörper ein Dombereich ausgeformt ist, der zum Winkelsensor hin hervorragt, wobei ein Rotor, insbesondere eine Rotorwelle, des Elektromotors durch den Magnetkörper hindurch ragt, wobei auf der dem Winkelsensor zugewandten Seite des Magnetkörpers eine Stufenbohrung in den Magnetkörper eingebracht ist, wobei ein Basisteil des Winkelsensors an einer der Stufen der Stufenbohrung anliegt, insbesondere zur Zentrierung, wobei die Stufenbohrung konzentrisch und/oder koaxial zur Drehachse des Rotors ausgerichtet ist.
Von Vorteil ist dabei, dass der Magnetkörper Stufen aufweist, von denen nur eine zur Zentrierung des Winkelsensors, insbesondere des Basisteils des Winkelsensors, verwendet wird. Eine andere der Stufen ist also ungenutzt, kann aber bei Herstellung eines Motors, der einen anderen Winkelsensor aufweist, genutzt werden, wobei dann die erstgenannte Stufe ungenutzt ist.
Somit bietet die Erfindung die Möglichkeit, unterschiedliche Varianten von Elektromotoren einer Elektromotorenbaureihe herzustellen, wobei die Varianten sich zumindest in dem jeweiligen Winkelsensor oder dessen Basisteil unterscheiden. Ein Adapter ist somit für den Anbau des Winkelsensors nicht notwendig und daher ist der Elektromotor kompakt ausführbar.
Vorteiligerweise ist der Dombereich, in welchem die Stufen eingebracht sind, nicht vom Hauptfeld der Spule der Bremse durchflutet. Die Stufen sind mittels einer Stufenbohrung eingebracht, welche in den Dombereich eingebracht ist. Somit beeinflusst die Stufenbohrung das Hauptfeld nicht; trotzdem ist aber der Dombereich aus einem Stück mit dem restlichen Magnetkörper ausgebildet und somit ist kein separates Teil zur Anbindung des stationären Teils des Winkelsensors notwendig.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Basisteil von zumindest einer anderen der Stufen der Stufenbohrung beabstandet. Von Vorteil ist dabei, dass unterschiedlich große Basisteile verbindbar sind mit dem Magnetkörper. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in einer, zwei oder mehr Stufenwänden der Stufenbohrung eine Axialnut eingebracht, in welche eine nach radial außen am Basisteil hervorragende Nasenbereich des Basisteils hineinragt. Von Vorteil ist dabei, dass eine Abstützung in Umfangsrichtung direkt am Magnetkörper vorsehbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Rotorteil des Winkelsensors drehfest mit dem Rotor des Elektromotors verbunden und ein Statorteil des Winkelsensors ist drehfest mit dem Basisteil verbunden oder das Basisteil fungiert als Statorteil des Winkelsensors. Von Vorteil ist dabei, dass der Winkelsensor auf der von der Statorwicklung des Elektromotors abgewandten Seite anordenbar ist. Somit fungiert der Magnetkörper als Drehmomentstütze für den Winkelsensor.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Winkelsensor geeignet ausgeführt, die Winkellage des Rotors des Elektromotors zu erfassen. Von Vorteil ist dabei, dass ein Winkelsensor in den Elektromotor integrierbar ist, insbesondere an den Magnetkörper anbaubar und somit kompakt verbindbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Elektromotor ein Statorgehäuse auf, wobei ein erster Lagerflansch mit dem Statorgehäuse verbunden ist und ein zweiter Lagerflansch mit dem Statorgehäuse verbunden ist, wobei der erste Lagerflansch vom zweiten Lagerflansch beabstandet ist, wobei im ersten Lagerflansch ein erstes Lager zur drehbaren Lagerung des Rotors aufgenommen ist, wobei im zweiten Lagerflansch ein zweites Lager zur drehbaren Lagerung des Rotors aufgenommen ist, wobei der Magnetkörper mit dem ersten Lagerflansch drehfest verbunden ist, wobei der erste Lagerflansch eine als Bremsfläche fungierende, ebene, insbesondere fein bearbeitete Fläche aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass am Lagerflansch eine Bremsfläche ausbildbar ist und somit die Reibwärme der Bremse über den Lagerflansch an die Umgebung abführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist auf den Rotor ein ringförmiger Mitnehmer aufgesteckt und drehfest mit dem Rotor verbunden, wobei der Mitnehmer eine Außenverzahnung aufweist, wobei ein Bremsbelagträger auf den Mitnehmer aufgesteckt ist und seine Innenverzahnung im Eingriff ist mit der Außenverzahnung des Mitnehmers, so dass der Bremsbelagträger in axialer Richtung relativ zum Mitnehmer bewegbar angeordnet ist und der Bremsbelagträger drehfest mit dem Mitnehmer verbunden ist, wobei eine ferromagnetische Ankerscheibe axial zwischen dem Bremsbelagträger und dem Magnetkörper angeordnet ist, wobei am Magnetkörper abgestützte Federelemente auf die Ankerscheibe drücken, wobei die Ankerscheibe in axialer Richtung bewegbar angeordnet ist und drehfest mit dem Magnetkörper verbunden ist, insbesondere wobei der Bremsbelagträger in axialer Richtung zwischen der Bremsfläche und der Ankerscheibe angeordnet ist, insbesondere wobei im Magnetkörper Bolzen befestigt sind, welche durch Ausnehmungen der Ankerscheibe axial hindurchragen, insbesondere als Führung der Ankerscheibe. Von Vorteil ist dabei, dass bei Stromausfall eine automatische Aktivierung der Bremse erfolgt. Dabei ist erfindungsgemäß der zur Umlenkung des Magnetfelds der Spule der Bremse notwendige Magnetkörper mittels des an ihm ausgeformten Dombereich axial verlängert und dadurch eine kompakte Anbindung des Winkelsensors ermöglicht, ohne das Hauptfeld der Spule zu stören. Eine erhöhte Sicherheit sowie kompakte Ausführung ist somit erreicht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Bremse derart ausgeführt, dass bei Bestromung der Spule die Ankerscheibe entgegen der von den Federelementen erzeugten Federkraft zum Magnetkörper hingezogen wird und bei Nichtbestromung der Spule die Ankerscheibe von den Federelementen auf den Bremsbelagträger gedrückt wird, so dass der Bremsbelagträger gegen die Bremsfläche gedrückt wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Bremse elektromagnetisch aktivierbar ist und bei Nichtbestromung einfällt. Somit ist die Sicherheit erhöht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Bremsbelagträger axial beidseitig Bremsbeläge auf, insbesondere wobei ein erster Bremsbelag auf der der Ankerscheibe zugewandten Seite des Bremsbelagträgers angeordnet ist und ein zweiter Bremsbelag auf der der Bremsfläche zugewandten Seite des Bremsbelagträgers angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine kostengünstige Ausführung ermöglicht ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der von der Spule erzeugte magnetische Hauptfeldfluss vom Dombereich beabstandet oder wird zumindest der Dombereich nicht vom von der Spule erzeugten Hauptfeldfluss durchströmt. Von Vorteil ist dabei, dass eine Befestigung des Winkelsensors an einer Stufenbohrung ermöglicht ist, die aber, obwohl sie axial in den Magnetkörper hineinreicht, ermöglicht ist, ohne dass der Hauptfluss gestört wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Federelemente radial innerhalb der Spule angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass der Elektromotor kompakt ausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der, insbesondere auf die Drehachse des Rotors bezogen, von den Federelementen überdeckte Radialabstandsbereich radial innerhalb des von der Spule überdeckten Radialabstandsbereichs angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass der Elektromotor kompakt ausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Winkelsensor auf der von der Ankerscheibe und/oder vom Bremsbelagträger abgewandten Seite des Magnetkörpers angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass der Winkelsensor möglichst gut abgeschirmt von den Magnetfeldern der Bremse, insbesondere der Spule der Bremse, und auch von den Magnetfeldern der Statorwicklung des Elektromotors angeordnet ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zumindest ein Teilbereich des Basisteils aus einem Weichmetall, insbesondere Aluminium, gefertigt, insbesondere zur Abschirmung eines Wechselmagnetfelds. Von Vorteil ist dabei, dass magnetische Wechselfelder abschirmbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zumindest ein Teilbereich des Basisteils aus einem ferromagnetischen Material gefertigt, insbesondere zur Abschirmung eines Magnetfeldes, insbesondere eines statischen Magnetfelds. Von Vorteil ist dabei, dass statische Magnetfelder vom Winkelsensor abhaltbar sind, insbesondere durch Umlenken oder Vorbeilenken der Magnetfelder.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung liegt das Basisteil mit seinem aus Weichmetall gefertigten Teilbereich an der Stufe der Stufenbohrung an und der aus ferromagnetischem Material gefertigte Teilbereich auf der vom Dombereich beabstandeten Seite des ist aus Weichmetall gefertigten Teilbereichs angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass magnetische Wechselfelder vom ferromagnetischen Teilbereich beabstandet bleiben und somit geringere Ummagnetisierungsverlustwärme entsteht. Außerdem ist die Zentrierung des weichmagnetischen Teilbereichs an der Stufenbohrung viel einfacher als die Zentrierung eines ferromagnetischen Teilbereichs. Denn auf den letztgenannten Teilbereich würde eine hohe Haftreibung durch die vom magnetisierten Magnetkörper ausgehende Magnetkraft bewirkt werden. Der weichmagnetische Teilbereich hingegen ist ohne besonderen Kraftaufwand verschiebbar - auch wenn er schon an der Stufenbohrung anliegt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der radiale Außenumfang des Dombereichs als Kreiskegelstumpfabschnitt ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine erhöhte Stabilität bereitstellbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Dombereich eine konusförmige Mantelfläche auf. Von Vorteil ist dabei, dass eine erhöhte Stabilität bereitstellbar ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
In der Figur 1 ist ein Magnetkörper einer elektromagnetisch betätigbaren Bremse eines erfindungsgemäßen Elektromotors in Seitenansicht dargestellt.
In der Figur 2 ist ein zugehöriger Querschnitt dargestellt.
Wie in Figur 1 und Figur 2 dargestellt, weist der Magnetkörper eine ringförmige Ausnehmung 2 zur Aufnahme einer bestrombaren Spule auf.
Außerdem weist der Magnetkörper 1 eine Ausnehmung zur Aufnahme 3 eines Federelements auf.
Als Federelement sind beispielsweise Ringfedern oder Spiralfedern verwendbar.
Die axiale Richtung ist parallel zur Ringachse der ringförmigen Ausnehmung 2 ausgerichtet und außerdem parallel zur Drehachse eines drehbar gelagerten Rotors des Elektromotors.
Zur Lagerung des Rotors sind in jeweiligen Lagerflanschen des Elektromotors Lager aufgenommen. Die Lagerflansche sind mit einem Statorgehäuse des Elektromotors drehfest verbunden. Außerdem ist der Magnetkörper 1 mit dem Statorgehäuse des Elektromotors drehfest verbunden.
Eine ferromagnetische Ankerscheibe ist drehfest mit dem Magnetkörper verbunden und axial verschiebbar zum Magnetkörper angeordnet. Hierzu sind in Bohrungen des Magnetkörpers Bolzen eingesteckt, welche durch Bohrungen der Ankerscheibe hindurchragen. Somit ist die Ankerscheibe bei ihrer axialen Bewegung geführt.
Die Spule ist in die ringförmige Ausnehmung 2 eingelegt und der Magnetkörper 1 führt das von der Spule bei deren Bestromung erzeugte Magnetfeld derart, dass die Ankerscheibe zum Magnetkörper 1 hin angezogen wird. Bei Nicht-Bestromung der Spule hingegen wird die Ankerscheibe von in Ausnehmungen 3 aufgenommenen jeweiligen Federelementen, die somit am Magnetkörper 1 abgestützt sind und auf die Ankerscheibe drücken, vom Magnetkörper weggedrückt, insbesondere in axialer Richtung. Das von der Spule erzeugte Magnetfeld wird vom Magnetkörper 1 von der äußeren Umgebung der Spule umgelenkt in den von der Spule umwickelten Innenbereich, insbesondere also um fast 180°.
Allerdings weist der Magnetkörper 1 auf seiner von der Ankerscheibe entgegen der axialen Richtung abgewandten Seite einen entgegen der axialen Richtung hervorstehenden Dombereich 4 auf. Dieser Dombereich 4 ist nicht für die Umlenkung des Magnetfeldes um die Spule herum notwendig und ist daher nur von Streufeld durchströmt.
In den Magnetkörper 1 ist von derjenigen Seite des Magnetkörpers 1 , die von der Ankerscheibe abgewandt ist, ausgehend eine Stufenbohrung eingebracht, deren Stufen als Zentrierstufen fungieren, also zum Zentrieren eines Basisteils eines Winkelsensors dienen. Dieses Basisteil weist entsprechende Zentrierkragen auf, welche an zumindest einen Zentrierkragen anlegbar sind und somit ausrichtbar ist.
Ein Rotorteil des Winkelsensors ist mit dem durch den Magnetkörper 1 hindurchragenden Rotor des Elektromotors drehfest verbunden. Ein Statorteil des Winkelsensors ist mit dem Basisteil drehfest verbunden oder einstückig, insbesondere einteilig, mit dem Basisteil ausgeführt.
Auf diese Weise ist die Winkellage des Rotors vom Winkelsensor erfassbar und an eine Steuerung oder an einen Umrichter weiterleitbar, welcher den Elektromotor elektrisch versorgt.
Der Dombereich 4 und die in ihn eingebrachte Stufenbohrung mit den Zentrierstufen (5, 6) vermindern oder unterbrechen den von der Spule bei deren Bestromung erzeugten Magnetfluss nicht. Denn insbesondere der Dombereich 4 ist abseits desjenigen Bereichs des Magnetkörpers 1 ausgebildet, welcher den Hauptfluss führt.
Der radiale Außenumfang des Dombereichs 4 ist als Kreiskegelstumpfabschnitt ausgeführt. Insbesondere weist der Dombereich also eine konusförmige Mantelfläche auf. Somit ist eine erhöhte Stabilität für die Anbindung des Basisteils zur Verfügung gestellt. Auf diese Weise ist eine steife und stabile Drehmomentstütze für den Winkelsensor bereitstellbar.
Durch die Bereitstellung von zwei oder mehr Zentrierstufen (5, 6), welche jeweils konzentrisch zueinander ausgeführt sind, ist eine einfache Zentrierung des Winkelsensors zum Magnetkörper 1 hin ausführbar. Außerdem sind verschieden große Basisteile am Magnetkörper, insbesondere also an der jeweiligen Zentrierstufe, zentrierbar. Somit sind also unterschiedliche Winkelsensoren mit dem Magnetkörper zentrierverbindbar.
Die Erfindung bewirkt also mittels der am Magnetkörper ausgebildeten mechanischen Schnittstelle die Anbindung von unterschiedlichen Varianten einer Baureihe von Winkelsensoren.
Auf den Rotor des Elektromotors ist ein ringartig geformter Mitnehmer aufgesteckt und mit dem Rotor drehfest verbunden. Der Mitnehmer weist an seiner Außenseite eine Verzahnung auf.
Ein Bremsbelagträger ist auf den Mitnehmer aufgesteckt und weist eine Innenverzahnung auf, die mit der Außenverzahnung des Mitnehmers im Eingriff ist. Somit ist der Bremsbelagträger mit dem Mitnehmer und somit mit dem Rotor drehfest verbunden und in axialer Richtung verschiebbar relativ zum Mitnehmer beziehungsweise Rotor.
Die Ankerscheibe ist axial zwischen dem Magnetkörper 1 und dem Bremsbelagträger angeordnet.
Der Bremsbelagträger ist axial zwischen einem Lagerschild des Elektromotors, welches ein Lager zur Lagerung des Rotors aufnimmt, und der Ankerscheibe angeordnet.
Das Lagerschild weist dabei eine fein bearbeitete insbesondere ebene Fläche auf, an welcher der Bremsbelagträger mit seinem Bremsbelag Reibarbeit leistet, wenn der Bremsbelagträger von der Ankerscheibe auf die Fläche, also Bremsfläche, gedrückt wird.
Der Magnetkörper 1 ist vorzugsweise aus einem Sphäroguss gefertigt und ist mit seinem Dombereich 4 einstückig, also einteilig, ausgeführt. Diejenige Zentrierstufe 5, welche den größten lichten Innendurchmesser aufweist, ist radial innerhalb des kleinsten Außendurchmessers des Dombereichs 4 angeordnet. In einer, zwei oder mehr Stufenwänden der Stufenbohrung ist eine Axialnut eingebracht, in welche eine nach radial außen am Basisteil hervorragende Nasenbereich des Basisteils hineinragt. Somit ist eine Verdrehsicherung für das Basisteil im Magnetkörper verankerbar.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist der größte auf die Drehachse des Rotors bezogene Radialabstand jeder der Zentrierstufen (5, 6) kleiner als der auf die Drehachse des Rotors bezogene, kleinste Radialabstand des radial äußeren Umfangs des Dombereichs 4.
Bezugszeichenliste
1 Magnetkörper 2 ringförmige Ausnehmung zur Aufnahme der Spule
3 Ausnehmung zur Aufnahme eines Federelements
4 axial hervorstehender Dombereich
5 Zentrierstufe
6 Zentrierstufe

Claims

Patentansprüche:
1. Elektromotor mit Winkelsensor und elektromagnetisch betätigbarer Bremse, wobei die Bremse einen Magnetkörper, insbesondere ferromagnetischen Magnetkörper, aufweist, in welchem eine Spule der Bremse eingelegt und/oder aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Winkelsensor zugewandten Seite des Magnetkörpers am Magnetkörper ein Dombereich ausgeformt ist, der zum Winkelsensor hin hervorragt, wobei ein Rotor, insbesondere eine Rotorwelle, des Elektromotors durch den Magnetkörper hindurch ragt, wobei auf der dem Winkelsensor zugewandten Seite des Magnetkörpers eine Stufenbohrung in den Magnetkörper eingebracht ist, wobei ein Basisteil des Winkelsensors an einer der Stufen der Stufenbohrung anliegt, insbesondere zur Zentrierung, wobei die Stufenbohrung konzentrisch und/oder koaxial zur Drehachse des Rotors ausgerichtet ist.
2. Elektromotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil von zumindest einer anderen der Stufen der Stufenbohrung beabstandet ist.
3. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer, zwei oder mehr Stufenwänden der Stufenbohrung eine Axialnut eingebracht ist, in welche eine nach radial außen am Basisteil hervorragende Nasenbereich des Basisteils hineinragt.
4. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotorteil des Winkelsensors drehfest mit dem Rotor des Elektromotors verbunden ist und ein Statorteil des Winkelsensors drehfest mit dem Basisteil verbunden ist oder das Basisteil als Statorteil des Winkelsensors fungiert, und/oder dass der Winkelsensor geeignet ausgeführt ist, die Winkellage des Rotors des Elektromotors zu erfassen.
5. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein Statorgehäuse aufweist, wobei ein erster Lagerflansch mit dem Statorgehäuse verbunden ist und ein zweiter Lagerflansch mit dem Statorgehäuse verbunden ist, wobei der erste Lagerflansch vom zweiten Lagerflansch beabstandet ist, wobei im ersten Lagerflansch ein erstes Lager zur drehbaren Lagerung des Rotors aufgenommen ist, wobei im zweiten Lagerflansch ein zweites Lager zur drehbaren Lagerung des Rotors aufgenommen ist, wobei der Magnetkörper mit dem ersten Lagerflansch drehfest verbunden ist, wobei der erste Lagerflansch eine als Bremsfläche fungierende, ebene, insbesondere fein bearbeitete Fläche aufweist, insbesondere wobei der erste Lagerflansch einstückig, insbesondere also einteilig ausgeführt ist, insbesondere also ohne separate Reibscheibe oder dergleichen.
6. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Rotor ein ringförmiger Mitnehmer aufgesteckt und drehfest mit dem Rotor verbunden ist, wobei der Mitnehmer eine Außenverzahnung aufweist, wobei ein Bremsbelagträger auf den Mitnehmer aufgesteckt ist und seine Innenverzahnung im Eingriff ist mit der Außenverzahnung des Mitnehmers, so dass der Bremsbelagträger in axialer Richtung relativ zum Mitnehmer bewegbar angeordnet ist und der Bremsbelagträger drehfest mit dem Mitnehmer verbunden ist, wobei eine ferromagnetische Ankerscheibe axial zwischen dem Bremsbelagträger und dem Magnetkörper angeordnet ist, wobei am Magnetkörper abgestützte Federelemente auf die Ankerscheibe drücken, wobei die Ankerscheibe in axialer Richtung bewegbar angeordnet ist und drehfest mit dem Magnetkörper verbunden ist, insbesondere wobei der Bremsbelagträger in axialer Richtung zwischen der Bremsfläche und der Ankerscheibe angeordnet ist, insbesondere wobei im Magnetkörper Bolzen befestigt sind, welche durch Ausnehmungen der Ankerscheibe axial hindurchragen, insbesondere als Führung der Ankerscheibe.
7. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse derart ausgeführt ist, dass bei Bestromung der Spule die Ankerscheibe entgegen der von den Federelementen erzeugten Federkraft zum Magnetkörper hingezogen wird und bei Nichtbestromung der Spule die Ankerscheibe von den Federelementen auf den Bremsbelagträger gedrückt wird, so dass der Bremsbelagträger gegen die Bremsfläche gedrückt wird.
8. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsbelagträger axial beidseitig Bremsbeläge aufweist, insbesondere wobei ein erster Bremsbelag auf der der Ankerscheibe zugewandten Seite des Bremsbelagträgers angeordnet ist und ein zweiter Bremsbelag auf der der Bremsfläche zugewandten Seite des Bremsbelagträgers angeordnet ist, insbesondere wobei bei aktivierter, insbesondere also eingefallener Bremse, der zweite Bremsbelag den ersten Lagerflansch berührt.
9. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Spule erzeugte magnetische Hauptfeldfluss vom Dombereich beabstandet ist oder dass zumindest der Dombereich nicht vom von der Spule erzeugten Hauptfeldfluss durchströmt wird.
10. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente radial innerhalb der Spule angeordnet sind und/oder dass der, insbesondere auf die Drehachse des Rotors bezogen, von den Federelementen überdeckte Radialabstandsbereich radial innerhalb des von der Spule überdeckten Radialabstandsbereichs angeordnet ist.
11. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelsensor auf der von der Ankerscheibe und/oder vom Bremsbelagträger abgewandten Seite des Magnetkörpers angeordnet ist.
12. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilbereich des Basisteils aus einem Weichmetall, insbesondere Aluminium, gefertigt ist, insbesondere zur Abschirmung eines Wechselmagnetfelds.
13. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilbereich des Basisteils aus einem ferromagnetischen Material gefertigt ist, insbesondere zur Abschirmung eines Magnetfeldes, insbesondere eines statischen Magnetfelds.
14. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil mit seinem aus Weichmetall gefertigten Teilbereich an der Stufe der Stufenbohrung anliegt und der aus ferromagnetischem Material gefertigte Teilbereich auf der vom Dombereich beabstandeten Seite des aus Weichmetall gefertigten Teilbereichs angeordnet ist.
15. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Außenumfang des Dombereichs als Kreiskegelstumpfabschnitt ausgeführt ist und/oder dass der Dombereich eine konusförmige Mantelfläche aufweist.
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