DE102012210242A1 - Electric motor with planetary gear - Google Patents
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Abstract
Ein Elektromotor 10 umfasst einen Stator 12 und einen relativ zum Stator 12 drehbaren Rotor 14, der im Stator 12 aufgenommen ist. Der Elektromotor 10 umfasst ein Planetengetriebe 24, das zumindest teilweise innerhalb des Rotors 14 angeordnet ist.An electric motor 10 includes a stator 12 and a rotatable relative to the stator 12 rotor 14 which is received in the stator 12. The electric motor 10 includes a planetary gear 24, which is at least partially disposed within the rotor 14.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor.The invention relates to an electric motor.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Insbesondere in Fahrzeugen wie PKW, LKW und Bussen werden eine Vielzahl von Antrieben eingesetzt, um Aktuatoren, wie Fensterheber, Getriebeschaltungen, Lüftungsklappen oder Ähnliches zu bewegen. Diese Antriebe umfassen häufig einen Elektromotor, der jedoch normalerweise eine relativ hohe Drehzahl aufweist.Especially in vehicles such as cars, trucks and buses, a variety of drives are used to move actuators, such as windows, transmission circuits, ventilation flaps or the like. These drives often include an electric motor, but usually has a relatively high speed.
Elektromotoren mit Getriebe, sogenannte Getriebemotoren, können eingesetzt werden, um hohe Drehmomente bei kleinen Drehzahlen mit kostengünstigen elektrischen Antrieben darstellen zu können. Electric motors with gears, so-called geared motors, can be used to represent high torques at low speeds with cost-effective electric drives.
Anstatt eines Getriebemotors kann ein Direktantrieb eingesetzt werden, der ohne ein Getriebe auskommt, dafür in der Regel aber mehr Bauraum beansprucht als ein Getriebemotor. Ein Elektromotor mit einem zusätzlichen Getriebe ist jedoch kleiner und kann erheblich kostengünstiger sein.Instead of a geared motor can be used a direct drive, which does not require a gearbox, but usually takes more space than a geared motor. An electric motor with an additional gear, however, is smaller and can be considerably cheaper.
Ein Getriebemotor kann beispielsweise einen typischerweise im Bereich von 2000 rpm bis 6000 rpm drehenden Elektromotor aufweisen, der durch das Getriebe mit einer Übersetzung ins Langsame in den Bereich um 1000 rpm gebracht wird. Hierbei ist eine Erhöhung des Nutzmomentes näherungsweise um den Getriebeübersetzungsfaktor gegenüber dem Wellenmoment des Elektromotors möglich. A geared motor may, for example, have an electric motor typically rotating in the range from 2000 rpm to 6000 rpm, which is brought into the range around 1000 rpm by the transmission with a gear ratio at a slow speed. In this case, an increase in the useful torque is approximately possible by the gear ratio factor with respect to the shaft torque of the electric motor.
In der Regel wird das Getriebe axial an den Elektromotor angebaut, was die axiale Länge des Getriebemotors erhöht.In general, the transmission is mounted axially on the electric motor, which increases the axial length of the geared motor.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Falls ein Antrieb mit einer geringen axialen Länge benötigt wird, ist ein axialer Getriebeanbau ungünstig, da das Getriebe erheblich zur axialen Länge beiträgt.If a drive with a small axial length is required, an axial gear mounting is unfavorable, since the gearbox contributes significantly to the axial length.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen kompakten, in axialer Richtung kurzen Getriebemotor bereitzustellen.It is an object of the invention to provide a compact, short in the axial direction geared motor.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.This object is solved by the subject matter of the independent claim. Further embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and from the following description.
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, der einen Stator und einen relativ zum Stator drehbaren Rotor, der im Stator aufgenommen ist, umfasst. Der Elektromotor umfasst weiter ein Planetengetriebe, das zumindest teilweise innerhalb des Rotors angeordnet ist. Mit anderen Worten ist das Planetengetriebe in den Rotor des Elektromotors integriert. Auch kann das Planetengetriebe vollständig im Rotor aufgenommen sein.The invention relates to an electric motor comprising a stator and a rotor rotatable relative to the stator, which is accommodated in the stator. The electric motor further comprises a planetary gear, which is at least partially disposed within the rotor. In other words, the planetary gear is integrated in the rotor of the electric motor. Also, the planetary gear can be completely absorbed in the rotor.
Durch Integration des Getriebes in den Rotor des Motors kann ein Getriebemotor mit sehr kurzer axialer Baulänge geschaffen werden. Diese Bauweise erlaubt insbesondere eine minimale axiale Länge des Rotors. Es kann eine echte Integration des Getriebes in den Elektromotor erfolgen, und nicht nur ein Anbau des Getriebes an den Motor.By integrating the gearbox in the rotor of the motor, a geared motor with a very short axial length can be created. This design allows in particular a minimum axial length of the rotor. It can be a real integration of the transmission in the electric motor, and not just an attachment of the transmission to the engine.
Für das Getriebe ist kein zusätzlicher axialer Bauraum erforderlich, da es in den Rotor des Motors integriert ist. Insgesamt ergibt sich für die Anordnung eine minimale axiale Baulänge, die kleiner als 30 mm (inklusive Gehäuse) sein kann.For the transmission no additional axial space is required because it is integrated in the rotor of the motor. Overall, the arrangement results in a minimum axial length that can be less than 30 mm (including the housing).
Damit kann der Elektromotor bei sehr beengten axialen Raumverhältnissen verwendet werden, wie sie oft im Motorraum von Kraftfahrzeugen zu finden sind. Nebenaggregate, die am Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs angebaut werden und die einen Elektromotor umfassen, müssen oft einen axial kurzen Bauraum aufweisen, um die Einbaumaße des Verbrennungsmotors mit Anbauteilen nicht zu verletzen. Derartige Nebenaggregate können mit einem Elektromotor, wie er obenstehend und untenstehend beschrieben ist, umgesetzt werden.Thus, the electric motor can be used in very tight axial space conditions, as they are often found in the engine compartment of motor vehicles. Auxiliary units, which are mounted on the drive motor of the motor vehicle and which comprise an electric motor, often have to have an axially short installation space in order not to injure the mounting dimensions of the internal combustion engine with attachments. Such ancillaries can be implemented with an electric motor as described above and below.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Planetengetriebe ein Hohlrad mit einem nach innen gerichteten Zahnkranz, ein Sonnenrand mit einem nach außen gerichteten Zahnkranz und mehrere zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad aufgenommene Planetenräder, die von einem Planetenträger bzw. Steg gehalten werden.According to one embodiment of the invention, the planetary gear comprises a ring gear with an inwardly directed sprocket, a sun edge with an outwardly directed sprocket and a plurality of recorded between the ring gear and the sun gear planetary gears, which are held by a planet carrier or web.
Andere Bauformen von Planetengetrieben können abweichend aufgebaut sein und beispielsweise zwei Sonnenräder, untereinander kämmende Planetenradpaare oder gestufte Planetenräder umfassen. Durch den anderen Aufbau können beispielsweise Übersetzungsverhältnisse realisiert werden, die mit einem einfachen Planetenradsatz nicht darstellbar sind.Other types of planetary gears may have a different structure and include, for example, two sun gears, intermeshing Planetenradpaare or stepped planetary gears. By the other structure, for example, gear ratios can be realized that can not be displayed with a simple planetary gear set.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Rotor Erregermagnete, beispielsweise Permanentmagnete, die auf dem äußeren Hohlrad des Planentengetriebes angeordnet sind. Dieser Aufbau erlaubt es, das Hohlrad zugleich als Funktionsteil des Rotors zu verwenden. According to one embodiment of the invention, the rotor comprises exciter magnets, for example permanent magnets, which are arranged on the outer ring gear of the planetary gear. This structure makes it possible to use the ring gear at the same time as a functional part of the rotor.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Stator nach innen gerichtete Statorzähne, die von einer Wicklung umwickelt sind. Der Elektromotor kann beispielsweise ein elektronisch kommutierter (EC-)Motor mit Einzelzahnbewicklung und/oder ein elektronisch kommutierter Innenläufermotor sein.According to one embodiment of the invention, the stator comprises inwardly directed stator teeth, which are wound by a winding. The electric motor may be, for example, an electronically commutated (EC) motor with single tooth winding and / or an electronically commutated internal rotor motor.
Jede andere Bauform eines EC-Innenläufermotors ist ebenfalls geeignet. In beiden beschriebenen Fällen können auch andere Motorprinzipien als ein EC-Motor angewandt werden. Any other type of EC internal rotor motor is also suitable. In both cases described, motor principles other than an EC motor may be used.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Stator wenigstens 9, beispielsweise 12 Statorzähne. Auf diese Weise kann der Elektromotor hochpolig ausgebildet werden, was den magnetischen Fluss eines Teilpoles reduziert. Entsprechend dünn kann der magnetische Rückschluss (d. h. das Joch) in Stator und Rotor ausgeführt werden. Damit kann eine übliche Dimensionierung des Hohlrads (bzw. dessen radiale Dicke) ausreichen, die Funktion „Rückschluss“ des magnetischen Kreises des Elektromotors zu übernehmen. Ein hochpoliger Stator kann zudem den Vorteil aufweisen, dass die Einzelwicklungen eine kleinere Windungszahl aufweisen (verglichen mit einem niederpoligeren Elektromotor identischer Außenabmessungen und Leistung), was schlankere Wicklungsköpfe erlaubt und so die axiale Baulänge des Stators des Elektromotors weiter verringern kann.According to one embodiment of the invention, the stator comprises at least 9, for example 12 stator teeth. In this way, the electric motor can be formed high-pole, which reduces the magnetic flux of a Teilpoles. The magnetic return (that is, the yoke) in the stator and rotor can be made correspondingly thin. Thus, a conventional dimensioning of the ring gear (or its radial thickness) are sufficient to take over the function "conclusion" of the magnetic circuit of the electric motor. A high-pole stator can also have the advantage that the individual windings have a smaller number of turns (as compared to a lower-pole electric motor of identical outer dimensions and power), which allows slimmer winding heads and thus further reduce the axial length of the stator of the electric motor.
In Kombination mit einem kostengünstigeren Wickelkonzept „Einzelzahnbewicklung“, bei dem nur jeder Statorzahn einzeln bewickelt wird und damit keine Überkreuzungen mit Leitern anderer Wicklungen stattfinden, kann ein besonders kurzer Wickelkopf (d. h. der Bereich einer Wicklung in axialer Richtung über das Blechpaket hinaus) und damit eine entsprechend kurze Motorlänge realisiert werden. In combination with a less expensive winding concept "single tooth winding" in which only each stator tooth is wound individually and thus no crossings with conductors of other windings take place, a particularly short winding head (ie the area of a winding in the axial direction beyond the laminated core) and thus a correspondingly short motor length can be realized.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Motor elektronisch kommutiert. Ein Elektromotor in elektronisch kommutierter Ausführung kann in axialer Richtung sehr kurz ausgeführt werden, da eine elektromechanische Kommutierungseinrichtung entfallen kann.According to one embodiment of the invention, the motor is electronically commutated. An electric motor in electronically commutated design can be made very short in the axial direction, since an electromechanical commutation can be omitted.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bildet das äußere Hohlrad des Planetengetriebes einen magnetischen Rückschluss für den Stator. Dieser Aufbau erlaubt es, das Hohlrad als Joch des Rotors für den magnetischen Kreis des Elektromotors zu verwenden. Dazu kann das Hohlrad aus magnetisch leitfähigem Stahl aufgebaut sein.According to one embodiment of the invention, the outer ring gear of the planetary gear forms a magnetic conclusion for the stator. This structure makes it possible to use the ring gear as the yoke of the rotor for the magnetic circuit of the electric motor. For this purpose, the ring gear can be constructed of magnetically conductive steel.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Sonnenrad des Planentengetriebes starr mit dem Stator verbunden. Der Planetenträger des Planentengetriebes kann dann starr mit einer Motorwelle verbunden sein. Das Sonnenrad ist feststehend und der Planetenträger überträgt die Drehzahl nach außen, er kann einen Teil der Rotorwelle bilden. Damit kann mit dem Planetengetriebe eine Übersetzung ins Langsame und eine Erhöhung des Drehmoments erreicht werden. Eine derartige Ausführung kann in allen Fällen eingesetzt werden, wenn ein momentenstarker kompakter Antrieb benötigt wird. According to one embodiment of the invention, a sun gear of the planetary gear is rigidly connected to the stator. The planet carrier of the planetary gear can then be rigidly connected to a motor shaft. The sun gear is stationary and the planet carrier transmits the speed to the outside, it can form part of the rotor shaft. This can be achieved with the planetary gear a translation into slow and an increase in torque. Such an embodiment can be used in all cases when a torque-strong compact drive is needed.
Es ist zu verstehen, dass eine Motorwelle dazu ausgeführt ist, Drehmoment vom Elektromotor weg oder zum Elektromotor hin zu übertragen. Eine Motorwelle kann also als mechanische Schnittstelle zum Elektromotor aufgefasst werden, die dazu dient, den Motor mit einer weiteren mechanischen Baugruppe zu verbinden.It is to be understood that a motor shaft is configured to transmit torque away from the electric motor or toward the electric motor. A motor shaft can thus be understood as a mechanical interface to the electric motor, which serves to connect the motor with another mechanical assembly.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Planetenträger des Planentengetriebes starr mit dem Stator verbunden. Das Sonnenrad des Planentengetriebes kann dann starr mit einer Motorwelle verbunden sein. Um eine Erhöhung der Rotordrehzahl zu erhalten, kann der Planetenträger feststehend ausgeführt sein und das Sonnenrad als Momentenausgang verwendet werden. Die Übersetzung erfolgt hier ins Schnelle, das erzeugte Drehmoment wird vermindert.According to one embodiment of the invention, the planet carrier of the planetary gear is rigidly connected to the stator. The sun gear of the planetary gear can then be rigidly connected to a motor shaft. In order to obtain an increase in the rotor speed, the planet carrier can be made stationary and the sun gear can be used as a torque output. The translation takes place here fast, the generated torque is reduced.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Planetenträger des Planentengetriebes starr mit einer ersten Motorwelle verbunden und das Sonnenrad des Planentengetriebes starr mit einer zweiten Motorwelle verbunden. Auf diese Weise kann der Elektromotor als Motor mit integriertem Additionsgetriebe verwendet werden. Ein derartiger Elektromotor kann beispielsweise bei einer Nockenwellenphasenverstellung einer Nockenwelle gegenüber der zweiten Nockenwelle in Zylinderköpfen von Fahrzeugen mit Otto- oder Dieselmotor eingesetzt werden.According to one embodiment of the invention, the planet carrier of the planetary gear is rigidly connected to a first motor shaft and the sun gear of the planetary gear rigidly connected to a second motor shaft. In this way, the electric motor can be used as a motor with integrated adder. Such an electric motor can be used for example in a camshaft phase adjustment of a camshaft relative to the second camshaft in cylinder heads of vehicles with gasoline or diesel engine.
Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben.Embodiments of the invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
Die
Die
Die
Die
Die
Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Basically, identical or similar parts are provided with the same reference numerals.
Detaillierte Beschreibung von AusführungsbeispielenDetailed description of embodiments
Der Stator
Das Zusammenspiel der magnetischen Durchflutungen in Stator
Der Rotor
In den Rotor
Das Planetengetriebe
Das Hohlrad
Die Planentenräder
Die
Das Sonnenrad
In dieser Anordnung dreht sich bei Betrieb des Elektromotors
Die
In dieser Variante besteht nun die Möglichkeit, die verfügbare Drehzahl des Elektromotors
Im Allgemeinen kann ein Planetengetriebe
Bei den in den
Im Dreiwellenbetrieb hat das Getriebe
Beim Summiergetriebe treiben zwei der Komponenten
Beim Teilergetriebe treibt eine der Komponenten
Ein Beispiel für einen Dreiwellenbetrieb ist in der
Damit ist die dritte Eingriffsmöglichkeit im Planetengetriebe
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.In addition, it should be noted that "encompassing" does not exclude other elements or steps, and "a" or "an" does not exclude a multitude. It should also be appreciated that features or steps described with reference to any of the above embodiments may also be used in combination with other features or steps of other embodiments described above. Reference signs in the claims are not to be considered as limiting.
Claims (10)
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