DE102005007211B4

DE102005007211B4 - In einen geteilten Kraftfahrzeugstabilisator eingebauter elektrischer Schwenkmotor

Info

Publication number: DE102005007211B4
Application number: DE102005007211.9A
Authority: DE
Inventors: Timo Anderten; Dr. Meitinger Thomas
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2005-02-16
Publication date: 2018-07-19
Anticipated expiration: 2025-02-17
Also published as: DE102005007211A1

Abstract

Geteilter Kraftfahrzeugstabilisator mit einem eingebauten Schwenkmotor (1) zur Wankregelung, der mindestens aus einem Verstellantrieb (2) aus einem Elektromotor und einem Planetengetriebe als ein Schwenkmotorgetriebe (3) und aus einem Gehäuse (4) besteht, wobei mindestens ein Gehäuseteil mit einem dazugehörigen Stabilisatorteil (5) zur Drehmomentübertragung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor einen, einen Stator (8) außen umgebenden Rotor (9) besitzt, der an seinem Innenumfang mit zum Stator (8) hin gerichteten Permanentmagneten (9') versehen ist und dass das Schwenkmotorgetriebe (3) ein ein- oder zweistufiges Planetengetriebe mit einem angetriebenen Sonnenrad (13) ist, dessen Verzahnung (12), in Längsrichtung gesehen, an einem Ende eines fliegend, zentrisch im Gehäuse verdrehbar gelagerten Rotorlagerzapfens (11) angebracht ist und dass der Rotorlagerzapfen (11), zwischen der Verzahnung (12) und der fliegenden Lagerung, einen Bund (16) zur Außendurchmesservergrößerung besitzt, der den den Stator (8) außen umgebenden Rotor (9) trägt.

Description

Die Erfindung betrifft einen geteilten Kraftfahrzeugstabilisator mit einem eingebauten elektrischen Schwenkmotor nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Es ist bereits bekannt, einen Kraftfahrzeugstabilisator in eine erste, der Aufhängung des linken Rades einer Fahrzeug-Achse zugeordnete Stabilisatorhälfte und in eine zweite, der Aufhängung des rechten Rades dieser Fahrzeug-Achse zugeordnete Stabilisatorhälfte zu unterteilen. Sind diese Stabilisatorhälften um deren gemeinsame Längsachse gegeneinander verdrehbar, kann gegenüber Fahrwerken mit einstückigem Stabilisator eine deutlich gesteigerte Wankstabilität erreicht werden, wenn zwischen den beiden Stabilisatorhälften ein geeigneter Schwenkmotor vorgesehen ist, der aufgrund einer geeigneten Ansteuerung diese Stabilisatorhälften bedarfsgerecht gegeneinander verdreht.
Ein elektromechanischer Schwenkmotor umfasst mindestens einen Elektromotor und ein mechanisches Getriebe. Damit erhält man einen Stabilisator, dessen beide Stabilisatorhälften, die durch den elektromechanischen Schwenkmotor miteinander verbunden sind, durch diesen gezielt zueinander verdreht werden können, damit ein gewünschtes Stabilisatormoment erzeugt wird, welches dann das Wanken des Fahrzeug-Aufbaus verhindert.
Bei elektrischen Schwenkmotoren mit Kurvenrollengetriebe zur Wankregelung befindet sich der Stator des Elektromotors in der Außenhülse des Getriebes. Dies ist zugleich das Gehäuse des Schwenkmotors. Der Stator ist gegenüber dem Gehäuse kraftschlüssig verbunden.
Die DE 198 46 275 A1 beschreibt einen geteilten Stabilisator mit eingebautem elektrischem Schwenkmotor zur Wankregelung. Der Schwenkmotor besteht aus Elektromotor, Untersetzungsgetriebe und Bremse. Der Stator des Elektromotors ist ebenfalls, den Rotor umgebend, im Gehäuse befestigt. Ein solcher Schwenkmotor mit einem schnell drehenden Elektromotor und einem Getriebe hoher Übersetzung, um ein hohes Stellmoment erreichen zu können, benötigt aufgrund der erforderlichen hohen Übersetzung ein dreibis vierstufiges Planetengetriebe oder ein Getriebe anderer Bauart mit sehr hoher Übersetzung, zum Beispiel ein Wolfromgetriebe.
Durch diese hohe Übersetzung von i=100 bis i=150 entsteht abtriebsseitig ein sehr hohes Trägheitsmoment, das sich in einer niedrigen Eigenfrequenz der Rotationsträgheiten auf den Stabilisatorhälften widerspiegelt, die im geforderten Arbeitsbereich des Schwenkmotors liegt. Bei mehrstufigen Planetengetrieben nimmt das Getriebespiel und die Länge mit jeder Stufe zu. Durch die hohe Übersetzung muss der Motor sehr schnell drehen und beschleunigen. Dadurch wird viel elektrische Leistung zur Beschleunigung der sich bewegenden Teile verbraucht.
Außerdem beschreibt die DE 198 50 169 C1 ein Antriebsaggregat mit einem Elektromotor und einem koaxial angeordneten Planetengetriebe zum Antrieb eines Wankstabilisators und die DE 197 32 637 A1 einen elektrischen Antrieb für eine Radnabe.
Die bekannten Getriebe mit sehr hoher Übersetzung haben den Nachteil eines schlechten, tendenziell mit zunehmender Übersetzung abnehmenden Wirkungsgrades.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen elektrischen Schwenkmotor für einen geteilten Stabilisator zur Wankregelung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, bei dem obige Nachteile vermieden werden.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Bevorzugte Ausführungen der Erfindung beschreiben die abhängigen Ansprüche.
Nach der Erfindung besitzt ein geteilter Kraftfahrzeugstabilisator einen eingebauten Schwenkmotor zur Wankregelung, der mindestens aus einem Verstellantrieb aus einem Elektromotor und einem Schwenkmotorgetriebe und aus einem Gehäuse besteht. Dabei ist mindestens ein Gehäuseteil mit einem dazugehörigen Stabilisatorteil zur Drehmomentübertragung verbunden. Der Elektromotor besitzt einen den Stator außen umgebenden Rotor, der an seinem Innenumfang mit zum Stator hin gerichteten Permanentmagneten versehenen ist und das Schwenkmotorgetriebe ist ein ein- oder zweistufiges Planetengetriebe mit einem angetriebenen Sonnenrad, dessen Verzahnung, in Längsrichtung gesehen, an einem Ende eines fliegend, zentrisch im Gehäuse verdrehbar gelagerten Rotorlagerzapfens angebracht ist, wobei der Rotorlagerzapfen, zwischen der Verzahnung und der fliegenden Lagerung, einen Bund zur Außendurchmesservergrößerung besitzt, der den den Stator außen umgebenden Rotor trägt.
Vorteilhafterweise besitzt ein solcher Elektromotor ein sehr hohes Drehmoment bei geringen Drehzahlen. Hierdurch lässt sich eine niedrige Getriebeübersetzung zwischen i=10 und i=20 realisieren. Der Motor ist vorteilhafterweise einfach aufgebaut aus einem innen liegenden Stator und einem diesen umgebenden Rotor. Letzterer besteht aus einem mit Permanentmagneten besetzten Rohr. Die Wandstärke des Rotors kann möglichst dünn gehalten werden, für ein kleines Rotationsträgheitsmoment. Das sich zeitlich ändernde Magnetfeld wird vom Stator erzeugt. Durch das geringe Trägheitsmoment des Schwenkmotors ist die erreichbare Dynamik sehr hoch und dessen Eigenfrequenz liegt in einem Bereich, der oberhalb seines Arbeitsbereiches liegt. Hierdurch lässt sich eine bessere Regelung erzielen. Der Leistungsverbrauch bei schnellen Drehzahländerungen ist aufgrund der geringen Trägheit niedriger als bei den anderen elektrischen Konzepten.
Durch den dünnwandigen Rotor liegt der Arbeitsluftspalt vorteilhaft weit außen, so dass der große Hebelarm des Kraftangriffspunkts und die große Magnetfläche sich positiv auf das erzielbare Motormoment auswirken.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind zum Beispiel dadurch gekennzeichnet, dass der Stator des Elektromotors innerhalb des Rotors im Gehäuse eingebaut ist. Dabei kann der Elektromotor vorteilhafterweise ein bürstenloser Elektromotor sein und der Abtrieb des Planetengetriebes über den Planetenradträger erfolgen. Wenn dann noch der Stator als Hohlzylinder ausgebildet ist und an seinem Innenumfang mit dem Gehäuse verbunden ist, das in diesem Bereich ebenfalls als Hohlzylinder ausgebildet ist, an dessen Innenumfang der Rotor verdrehbar gelagert ist, entsteht ein einfacher Aufbau des Schwenkmotors.
Dieser einfache Aufbau mit wenigen Teilen vermindert potentielle Versagensmöglichkeiten und hilft, die Herstellkosten gering zu halten. Kosteneinsparungen entstehen durch das Getriebe geringer Übersetzung und durch den in wenigen Arbeitsschritten aufzubauenden Motor. Von Vorteil ist auch, wenn der Rotorlagerzapfen mit dem Bund und dem Rotor eine kreisringartige Nut bildet, in die sich das Gehäuse mit dem Stator hinein erstreckt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung näher dargestellt. Dazu zeigt die einzige Figur in einer Schnittdarstellung einen erfindungsgemäßen elektrischen Schwenkmotor für einen Kraftfahrzeugstabilisator zum Verdrehen zweier Stabilisatorhälften gegeneinander.
Ein in einen geteilten Kraftfahrzeugstabilisator 5, 5' eingebauter elektrischer Schwenkmotor 1 ist in der Figur dargestellt, umfassend einen Elektromotor als Verstellantrieb 2 und ein mechanisches Schwenkmotorgetriebe 3. Die gewählte Getriebeübersetzung des Schwenkmotorgetriebes 3 ist konstant. Die Dynamik des Gesamtsystems ist dabei maßgeblich durch die Getriebeübersetzung, die Massenträgheit des Systems und die Torsionssteifigkeit der beiden Stabilisatorhälften 5, 5' gekennzeichnet.
Am Gehäuse 4 ist die eine Stabilisatorhälfte 5 und am Getriebeabtriebselement 6 die andere Stabilisatorhälfte 5' befestigt. Bruchteile der Stabilisatorhälften 5, 5' sind in der Figur gezeigt, woraus hervorgeht, dass die Stabilisatorhälften 5, 5' im Bereich der Befestigung koaxial zum Schwenkmotor 1 angeordnet sind. Die Drehmomentübertragung auf die Stabilisatorhälften 5, 5' erfolgt über eine geeignete Wellen-Nabenverbindung, gezeichnet sind hier Verzahnungen 7, 7' zwischen dem Gehäuse 4 und der einen Stabilisatorhälfte 5 beziehungsweise zwischen dem Getriebeabtriebselement 6 und der anderen Stabilisatorhälfte 5'.
Zur Wankregelung wird der Elektromotor bestromt, der dann sein Drehmoment an das Schwenkmotorgetriebe 3 abgibt. Der Elektromotor ist so ausgeführt, dass er einen den Stator 8 außen umgebenden Rotor 9 besitzt, der an seinem Innenumfang mit zum Stator 8 hin gerichteten Permanentmagneten 9'versehen ist. Der Stator 8 des bürstenlosen Elektromotors ist innerhalb des Rotors 9 im Gehäuse 4 eingebaut. Dazu ist der Stator 8 als Hohlzylinder ausgebildet und an seinem Innenumfang mit dem Gehäuse 4 verbunden, das in diesem Bereich ebenfalls als Hohlzylinder ausgebildet ist, an dessen Innenumfang der Rotor 9 mittels Wälzlagern 10 über den Rotorlagerzapfen 11, fliegend, zentrisch im Gehäuse 4 verdrehbar gelagert angebracht ist. In Längsrichtung gesehen, am anderen Ende besitzt der Rotor 9 eine Verzahnung 12, die ein Sonnenrad 13 des mechanischen Schwenkmotorgetriebes 3 bildet, das als zweistufiges Planetengetriebe ausgeführt ist.
Zwischen der Verzahnung 12 und den Wälzlagern 10 seiner fliegenden Lagerung besitzt der Rotorlagerzapfen 11 einen Bund 16 zur Außendurchmesservergrößerung, der den den Stator 8 außen umgebenden Rotor 9 trägt. Der Rotorlagerzapfen 11 bildet mit dem Bund 16 und dem Rotor 9 eine kreisringartige Nut 15, in die sich das Gehäuse 4 mit dem Stator 8 hinein erstreckt. Rotorlagerzapfen 11, Bund 16, Rotor 9 und Sonnenrad 13 können einstückig oder mehrteilig ausgeführt sein.
Der Abtrieb des Planetengetriebes erfolgt über einen Planetenradträger 14, der formschlüssig mit dem Getriebeabtriebselement 6, und damit mit der anderen Stabilisatorhälfte 5', verbunden ist.

Claims

Geteilter Kraftfahrzeugstabilisator mit einem eingebauten Schwenkmotor (1) zur Wankregelung, der mindestens aus einem Verstellantrieb (2) aus einem Elektromotor und einem Planetengetriebe als ein Schwenkmotorgetriebe (3) und aus einem Gehäuse (4) besteht, wobei mindestens ein Gehäuseteil mit einem dazugehörigen Stabilisatorteil (5) zur Drehmomentübertragung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor einen, einen Stator (8) außen umgebenden Rotor (9) besitzt, der an seinem Innenumfang mit zum Stator (8) hin gerichteten Permanentmagneten (9') versehen ist und dass das Schwenkmotorgetriebe (3) ein ein- oder zweistufiges Planetengetriebe mit einem angetriebenen Sonnenrad (13) ist, dessen Verzahnung (12), in Längsrichtung gesehen, an einem Ende eines fliegend, zentrisch im Gehäuse verdrehbar gelagerten Rotorlagerzapfens (11) angebracht ist und dass der Rotorlagerzapfen (11), zwischen der Verzahnung (12) und der fliegenden Lagerung, einen Bund (16) zur Außendurchmesservergrößerung besitzt, der den den Stator (8) außen umgebenden Rotor (9) trägt.
Geteilter Kraftfahrzeugstäbilisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (8) des Elektromotors innerhalb des Rotors (9) im Gehäuse (4) eingebaut ist.
Geteilter Kraftfahrzeugstabilisator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein bürstenloser Elektromotor ist.
Geteilter Kraftfahrzeugstabilisator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtrieb des Planetengetriebes über einen Planetenradträger (14) erfolgt.
Geteilter Kraftfahrzeugstabilisator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (8) als Hohlzylinder ausgebildet ist und an seinem Innenumfang mit dem Gehäuse (4) verbunden ist, das in diesem Bereich ebenfalls als Hohlzylinder ausgebildet ist, an dessen Innenumfang der Rotor (9) verdrehbar gelagert ist.
Geteilter Kraftfahrzeugstabilisator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorlagerzapfen (11) mit dem Bund (16) und dem Rotor (9) eine kreisringartige Nut (15) bilden, in die sich das Gehäuse (4) mit dem Stator (8) hinein erstreckt.