DE4302042C2 - Elektromotor - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor nach dem Oberbe
griff des Patentanspruches 1.
Ein derartiger Elektromotor ist aus der DE 85 13 219 U1 be
kannt. Die Lagerung des Rotors und des Planetenradträgers
erfolgt mit Hilfe von Kugellagern, zwischengeschaltetem Di
stanzstück und die axiale Fixierung herstellenden Sägerin
gen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Elektromotor der ein
gangs genannten Art zu schaffen, bei welchem die axiale Ab
stützung von Rotor und Planetenradträger in einfacher Weise
erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Der Rotor des Elektromotors kann glockenförmig ausgebildet
sein und im Bereich seines Rotormantels als Träger für die
Rotorpole, welche bevorzugt als Permanentmagnete ausgebildet
sind, dienen. Der glockenförmige Rotor kann im Bereich der
Mitte seines Haubenteils am Motorgehäuse gelagert sein. Zur
direkten Kühlung des Motors kann der Glockenhaubenteil des
Rotors Unterbrechungen und gegebenenfalls angeformte Lüfter
flügel aufweisen, so daß bei sich drehendem Motor eine küh
lende Luftströ
mung erzeugt wird, wobei noch zusätzliche Lüftungs
öffnungen im Motorgehäuse vorgesehen sind.
Da die Rotorpole durch Permanentmagnete gebildet sein
können, kann in diesem Fall der Motor kollekterlos
ausgebildet sein. Der Motor, insbesondere die Feld
wicklungen des Stators, werden bevorzugt mit Gleich
strom versorgt.
Zur Abtastung der Rotorpole, insbesondere Permanent
magnete, kann am Gehäuse an entsprechender Stelle
eine Abtastsonde vorgesehen sein. Es können auch meh
rere Abtastsonden, z. B. drei Abtastsonden, vorgese
hen sein. Die jeweilige Sonde kann beispielsweise als
Hallgenerator ausgebildet sein. Auf diese Weise läßt
sich eine exakte Drehwinkelerkennung, insbesondere
wenn eine relativ große Anzahl an Polen, beispiels
weise ca. 30 Pole oder mehr, vorgesehen sind, errei
chen. Diese Drehwinkelerkennung kann zur Steuerung
des Motors, insbesondere zum Ein- und Ausschalten,
dienen. Auf diese Weise können, wenn der Motor bei
spielsweise als Stellmotor verwendet wird, bestimmte
Stellstrecken zurückgelegt werden. Wenn das Getriebe
ohne Selbsthemmung, beispielsweise als Planetenge
triebe, ausgebildet ist, kann man einen hohen Wir
kungsgrad bei geringem Leistungsbedarf auch für einen
Hochleistungsmotor erreichen. Auch hierbei kann die
Dreherkennung ausgenützt werden. Normalerweise wird
eine Selbsthemmung bei einem derartigen Motor reali
siert durch Kurzschluß bei Stillstand im Lei
stungsteil, was zur Selbsthemmung der Motor-Ge
triebeeinheit führt bzw. nur noch ein "Kriechen" zu
läßt. Sollte diese "Selbsthemmung" nicht ausreichend
sein, läßt sich durch die Drehwinkelerkennung der
gewünschte Null-Punkt durch von der Drehwinkelerken
nung abhängige Steuerung wieder automatisch anfahren.
Ein zusätzliches Rastmoment läßt sich durch einen
stark ausgeprägten Nuteffekt erreichen.
Weitere Maßnahmen zum drehwinkelgerechten Anhalten
des Motors kann eine vom ermittelten Drehwinkel ge
steuerte Bremse, deren Bremsbelag mit dem Rotor, ins
besondere der Rotorglocke, in Berührung kommt, sein.
Die Bremse kann beispielsweise durch einen federvor
belasteten Hubmagneten betätigt werden. Bei normalem
Motorlauf ist der Hubmagnet gelüftet, und bei Span
nungsabfall erfolgt eine automatische Bremsung.
Wenn man auf mechanischem Wege eine Selbsthemmung
erreichen will, kann dies beispielsweise durch einen
Schneckenantrieb im Getriebe erfolgen.
Es können ferner folgende Funktionen noch erfüllt
werden: Langsames Anfahren (Softanlauf), realisier
bare Losbrechfunktion, realisierbarer Einklemmschutz,
realisierbare Geschwindigkeitsregelung, hohe Wieder
holgenauigkeit, Momenterkennung, momentabhängige
Drehzahlsteuerung, automatische Nullung möglich bei
Erstinbetriebnahme oder nach Stromausfall.
Der Motor kann dort eingesetzt werden, wo eine hohe
Leistungsdichte mit geringen Einbauabmessungen er
reicht werden soll, d. h. der Motor kann beispielswei
se bei Kraftfahrzeugen als Schiebedachmotor, Sitzver
stellmotor, Fensterheber, ferner zur Motorhauben- und
Kofferraumverriegelung, zur Drosselklappenverstellung
am Fahrzeugmotor, zur Einspritzpumpenbetätigung und
andere Einsatzzwecke verwendet werden. Er kann grund
sätzlich überall dort, wo eine Notbetätigung einfach
realisiert werden muß, zum Einsatz kommen, beispiels
weise in Kraftfahrzeugantriebseinrichtungen bei Fe
derspeicherbremszylindern, Stellzylindern, Getriebe
schaltungseinheiten, Hubzylindern und Hochleistungs
schrittmotoren.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird anhand
der Figur ein Ausführungsbeispiel noch näher be
schrieben.
Die Figur zeigt eine schnittbildliche Darstellung
durch das Ausführungsbeispiel.
Das Ausführungsbeispiel ist ein Elektromotor, insbe
sondere Gleichstrommotor in Flachbauweise. Lamellier
te Polbleche 16 sind an einem Statorträger um eine
Achse A angeordnet. Ferner befinden sich am Stator
träger die lamellierten Polbleche 16 umgebend Feld
wicklungen 17. Die lamellierten Pole 16 und die Feld
wicklungen 17 befinden sich auf einem innenliegenden
Kreisring.
Auf einem außenliegenden Kreisring um die Achse A
befinden sich Pole 15 des Rotors 13, welche als Per
manentmagnete ausgebildet sind. Beim dargestellten
Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen kollek
terlosen Gleichstrommotor. Der Rotor 13 ist glocken
förmig ausgebildet. Im mittleren Teil 19 seines Hau
benteils ist der Rotor 13 an einem haubenförmigen
Gehäuseteil 4 in einem unteren Bundlager 11 gelagert.
Die als Pole 15 wirkenden Permanentmagnete sind an
einem zylinderförmigen Polträger 15 befestigt. Die
als Permanentmagnete ausgebildeten Rotorpole 15 lie
gen den lamellierten Polen 16 des Stators unter Be
lassung eines Luftspaltes unmittelbar gegenüber.
Innerhalb des ringförmigen Statorträgers 18 ist ein
Getriebe angeordnet. Das Getriebe ist beim darge
stellten Ausführungsbeispiel als Planetengetriebe
ausgebildet. Ein Hohlrad 1 des Planetengetriebes be
findet sich an der Innenwand des ringförmig ausgebil
deten Statorträgers 18. Das Hohlrad 1 kann einstückig
mit dem Statorträger 18 ausgebildet sein. Mit dem
Hohlrad 1 stehen ein oder mehrere Planetenräder 3 in
Eingriff. Bevorzugt werden drei Planetenräder mit
einem Winkelabstand von 120° voneinander verwendet.
In der Figur ist ein Planetenrad 3 dargestellt.
Jedes Planetenrad 3 ist drehbar mittels einer Plane
tenradachse 7 an einem Planetenradträger 6 gelagert.
Der Planetenradträger 6 ist mittels eines oberen
Bundlagers 10 an einem Gehäusedeckel 5 drehbar gela
gert. Der Gehäusedeckel 5 ist mit dem haubenförmigen
Gehäuseteil 4 durch Schraubverbindungen verbunden.
Ein mit dem Rotor 13 drehfest verbundenes Sonnenrad 2
steht im Eingriff mit dem jeweiligen Planetenrad 3.
Der Eingriff zwischen dem Sonnenrad 2 und dem Plane
tenrad 3 ist ein Zahneingriff. Auch der Eingriff des
Planetenrades 3 in das Hohlrad 1 ist ein Zahnein
griff. Entsprechend sind das Hohlrad, das Sonnenrad
und das jeweilige Planetenrad als Zahnräder ausgebil
det.
Beim Ausführungsbeispiel sind ausgehend von der ge
meinsamen Achse A das Sonnenrad 2 und der Planeten
radträger 6 innenliegend angeordnet. Nach außen hin
gesehen folgt dann der Kreisring, auf welchem die
Achsen 7 der jeweiligen Planetenräder 3 sich um die
gemeinsame Achse A bewegen. Anschließend folgt das
Hohlrad 1 und der Statorträger 18 mit den ebenfalls
auf einem Kreisring um die Achse A angeordneten la
mellierten Statorpolen 16 und den Feldwicklungen 17.
Auf dem äußersten Kreisring um die gemeinsame Achse A
befinden sich die Rotorpole 15 des glockenförmigen
Rotors 13, der an seinem mittleren Haubenteil 19 ge
meinsam mit dem drehfest verbundenen Sonnenrad 3 über
das untere Bundlager 11 am Gehäuseteil 4 drehbar um
die Achse A gelagert ist.
Das glockenförmige Gehäuseteil 4 umfaßt mit seinem
Boden und seinem Mantel die Getriebe-Stator- und Ro
toranordnung, welche, wie oben beschrieben, konzen
trisch um die gemeinsame Achse A angeordnet sind.
Durch den aufgeschraubten Deckel 5 ist das Gehäuse
geschlossen.
Mit dem Planetenradträger 6 ist drehfest ein Ritzel
14 verbunden, welches als nach außen geführtes An
triebsmittel zur Übertragung des Motordrehmoments
dient. Das Ritzel 14 ist ebenfalls drehbar um die
gemeinsame Achse A angeordnet.
Im glockenförmigen Gehäuseteil 4 sind Lüftungsöffnun
gen 21 und 22 vorgesehen. Diese Lüftungsöffnungen
wirken zusammen mit Ausnehmungen 23 am Rotor 13, wel
che zu Lüfterflügeln ausgeformt sein können. Auf die
se Weise wird eine Kühlung der Motorteile bei sich
drehendem Motor 13 erreicht, da durch die Lüfterflü
gel 23 ein ständiger kühlender Luftstrom zwischen den
Lüftungsöffnungen 21 und 22 erzeugt wird. Die Lüf
tungsöffnungen 21 und 22 sind so am glockenförmigen
Gehäuseteil 4 angeordnet, daß die stromführenden Tei
le, insbesondere die Feldwicklungen 17 und die lamel
lierten Pole 16 vom kühlenden Luftstrom umströmt
sind.
An der Innenseite des Gehäusedeckels 5 ist ferner
eine Sonde 20 vorgesehen, welche die Rotorpole 15
abtastet. Diese Sonde 20 kann als Hallgenerator aus
gebildet sein. Durch die Abtastung der Rotorpole 15
läßt sich eine ständige Drehwinkelerkennung errei
chen. Je nach Anzahl der Rotor- und Statorpole läßt
sich die Genauigkeit dieser Drehwinkelerkennung stei
gern. In Abhängigkeit von der Drehwinkelerkennung
kann mit Hilfe einer nicht näher dargestellten mit
der Sonde 20 verbundenen Steuereinrichtung der Rotor
13 in eine jeweils gewünschte Drehwinkelposition ge
bracht werden. Es können auch mehr Sonden, insbeson
dere drei Sonden, vorgesehen sein. Ein zusätzliches
Rastmoment für den Rotor 13 kann durch stark ausge
prägte Nuteffekte zwischen den Polen erzielt werden.
Es kann auch eine zusätzliche Bremseinrichtung vor
gesehen sein, deren Bremsbelag mit Hilfe eines eben
falls von der Steuereinrichtung betätigten Hubmagne
ten mit dem glockenförmigen Teil des Rotors 13 in
Bremskontakt gebracht wird.
Durch die Ineinanderanordnung von Getriebe, Stator
und Rotor läßt sich eine kompakte Anordnung des in
Flachbauweise ausgebildeten Ausführungsbeispiels er
reichen. Dies wird auch durch die schnittbildliche
Darstellung der Figur deutlich.
Durch einen am Sonnenrad 2 gelagerten axial sich er
streckenden Gleitstift 8 und einer Ausgleichsfeder 9,
welche in eine axiale Bohrung des Planetenradträgers
6 eingesetzt sind, erreicht man einen Toleranzaus
gleich beim Zusammenbau der Anordnung in axialer
Richtung. Ferner wird eine axiale Anordnung zwischen
Planetenradträger 6 und dem Sonnenrad 2 und somit
zwischen den übrigen Bauteilen, nämlich Statorträger
18 und Rotor 13, erreicht.
Die gesamte Anordnung kann mit Hilfe einer Adapter
platte 24, welche beim dargestellten Ausführungsbei
spiel ringförmig ausgebildet ist und mit den Gehäuse
teilen verschraubt ist, am jeweiligen Einsatzort des
Elektromotors, beispielsweise durch Schraubverbindun
gen 25, befestigt werden. Die Adapterplatte kann in
ihrer Form an den jeweiligen Einsatzort angepaßt
sein. Sie kann hierzu beispielsweise auch sternförmig
ausgebildet sein.
Claims (4)
1. Elektromotor mit einem innenliegenden ringförmigen Sta
tor und einem außenliegenden koaxial angeordneten Ro
tor, einem innerhalb des Stators angeordneten Planeten
getriebe, welches ein an der Innenseite des Stators be
festigtes Hohlrad, ein am Rotor befestigtes Sonnenrad
und wenigstens ein mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad
kämmendes auf einem Planetenträger drehbar angeordnetes
Planetenrad aufweist, einem haubenförmigen Gehäuse, in
welchem der Rotor, der Stator und das Planetengetriebe
angeordnet sind, und einem mit dem Gehäuse fest verbun
denen Gehäusedeckel, in welchem der Planetenträger als
Abtrieb des Elektromotors drehbar gelagert und an wel
chem der Stator befestigt ist, wobei der Rotor am hau
benförmigen Gehäuse drehbar gelagert ist, dadurch ge
kennzeichnet, daß beide Lager als Bundlager (10, 11)
ausgebildet sind und im Planetenradträger zentrisch ein
elastisch abgestützter auf das Sonnenrad (2) wirkender
Druckstift (8) vorgesehen ist, mittels welchem der Pla
netenradträger (6) und der Rotor (13) an den Bund des
zugehörigen Bundlagers (10, 119) gedrückt werden.
2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Hohlrad (1) des Planetengetriebes einstückig
mit dem Statorträger (18) ausgebildet ist.
3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Rotorpole (15) als Permanentmagnete
ausgebildet sind.
4. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß am Gehäuse (4, 5) eine oder mehrere
die Rotorpole (15) abtastende(n) Sonde(n) (20) vorgese
hen ist bzw. sind.
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