WO2014096227A2 - Motoranordnung - Google Patents

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WO2014096227A2
WO2014096227A2 PCT/EP2013/077448 EP2013077448W WO2014096227A2 WO 2014096227 A2 WO2014096227 A2 WO 2014096227A2 EP 2013077448 W EP2013077448 W EP 2013077448W WO 2014096227 A2 WO2014096227 A2 WO 2014096227A2
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Ingo Kienke
Rolf Schüler
Gerhard Rothstein
Peter Gruedl
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Johnson Controls Gmbh
Kappel, Andreas
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    • H02K2213/09—Machines characterised by the presence of elements which are subject to variation, e.g. adjustable bearings, reconfigurable windings, variable pitch ventilators

Definitions

  • the invention relates to a motor assembly, in particular a
  • Actuators such as planetary gear, in particular wobble gear with radial or axial impact, known.
  • Different designs of storage or suspension by means of toothed gear or ball bearings are known.
  • the compact drive is designed such that an electrical, magnetic and / or
  • Electromagnetic field acts on the swash plate so that a torque can be delivered via the driven shaft of the wobble mechanism.
  • the object of the present invention is to specify a motor arrangement, in particular an improved planetary planetary motor arrangement.
  • a motor assembly in particular a planetary gear motor assembly, comprising a, in particular internal stator and a, in particular external rotor and a surrounding housing, wherein the stator is formed of a magnet assembly having a number of annularly arranged electromagnet and one to the number of
  • Electromagnet unequal number of permanent magnets which are arranged to each other such that a closed magnetic flux with axial magnetization direction in a magnetic field in at least one of the electromagnets can be generated, wherein a provided with at least one external axial toothing internal rotor or ring gear meshes in at least one axial outer toothing of the rotor ,
  • the engine is designed in particular as an axial planetary geared motor.
  • Electromagnets an improved magnetic flux is achieved.
  • the inner rotor makes a spherical wobbling motion, which is almost completely free of imbalance, whereby a noise is significantly reduced.
  • the inner rotor is arranged in one possible embodiment such that it meshes with at least two, in particular diagonally opposite points of the rotor.
  • the motor has as inner rotor a ring gear with an inwardly curved inside, by means of a swash bearing, in particular a ball bearing assembly or a Gleitlager- or friction bearing assembly is mounted on the rotor axially wobbling.
  • a swash bearing in particular a ball bearing assembly or a Gleitlager- or friction bearing assembly is mounted on the rotor axially wobbling.
  • the stator preferably comprises a plurality of ring-shaped electromagnets, which are designed in particular as electromagnetic coils.
  • the electromagnet may be formed as a simple electromagnet with a circumferential winding.
  • the electromagnet can be provided as a double electromagnet with two magnet halves and two circumferential windings, wherein only one of the magnet halves is magnetizable.
  • the inner rotor is provided with two axial external teeth, which are spaced apart and whose teeth are directed away from each other.
  • the rotor comprises two external rotors, which are spaced apart from each other and which are each provided on the mutually facing surface sides with an associated axial external toothing.
  • both axial external teeth of the internal rotor mesh only at one point in one of the axial external teeth of one of the
  • Cross-section has a U-shape, with its legs are directed radially outward and in the space between the legs of the
  • Electromagnets are arranged, wherein on the outside on each leg an axial external toothing is arranged.
  • a planetary gear motor assembly comprising an outer stator and a rotor and a surrounding housing, wherein the motor assembly with a single-stage gear and a
  • Rotor element in particular a rotor ring, is formed.
  • this comprises a motor shaft, a stator, in particular an outer stator, and a rotor, in particular an inner housing, and a housing surrounding the latter, the stator being formed by a magnet arrangement comprising a number of annularly arranged electromagnets and at least one
  • Permanent magnet which are arranged to each other such that a closed magnetic flux can be generated in an axial magnetic field in a magnetic field in at least one of the electromagnets, wherein the motor assembly is formed with a single-stage gearbox such that provided with an external axial toothing stator or the wobbeielement in at least one axial
  • Element is arranged and / or between the rotor and the
  • Motor shaft is arranged on a pinion a braking element.
  • the engine assembly according to the invention with a single-stage gearbox less coupling and tolerance problems in the design of the teeth by long tolerance chains, so that a terminal or a misalignment or runout is reduced or prevented.
  • the access to the stator and the connection to and the positioning of the control electronics due to the available space are improved compared to a conventional internal stator in the outer stator according to the invention.
  • Motor assembly according to the invention easy to install and has a very compact and simple design with an available space for a brake against running of the engine.
  • the motor assembly is particularly suitable due to the compact design and the inclusion of high forces, in particular of 20Nm, for use with a recliner or height adjustment motor.
  • the motor assembly may be formed with a two-stage gear.
  • a development of the invention provides that the flexible
  • Element is designed such that it is torsionally rigid in
  • the flexible element is used in particular to compensate for tolerances, in particular assembly and coupling tolerances between stator and rotor.
  • the flexible element is designed as a thin steel sheet or a thin steel membrane or a corrugated sheet.
  • the braking element is designed as a filling body and / or as a corrugated sheet, the rotatable on
  • the brake element is self-locking as a drain brake Claw trained.
  • the brake element may be designed in the manner of a slider as a drain brake without clipping.
  • Wobbe element is arranged between at least one stator element and a rotor element, wherein the Wobbeielement has at least two teeth, which mesh in external toothings rotor element.
  • a motor unit with a stator, a rotor, an at least one-stage gearbox with an axial toothing between the stator and the rotor and an integrated control electronics and
  • a brake unit at least for braking against running down of the engine
  • the motor unit and the brake unit are formed separately and coupled to each other.
  • the motor arrangement is modularly constructed from the modules motor unit and brake unit.
  • the brake unit is designed to be at least partially integrated, wherein at least one component, for example a brake element, such as a corrugated metal sheet, is part of the motor unit.
  • the inventive motor assembly with external stator and rotor inside the access to the stator and the connection to and positioning of the control electronics are improved.
  • a coupling of various brake units with the motor unit in the motor assembly is made possible due to the available installation space.
  • the motor assembly according to the invention is easy to assemble and has a very compact and simple and modular design with an available space for adapting the motor assembly to various applications.
  • the motor assembly is particularly suitable due to the compact design and the inclusion of high forces, in particular of 20Nm and a transmission ratio, for example, from 1:95 to
  • the motor assembly may be formed with a two-stage gear.
  • Fig. 1.1 schematically a motor assembly according to the invention in
  • Fig. I.2 to I.4 schematically different embodiments of a
  • Fig. I.5 schematically shows a plan view of a motor assembly in
  • 11.1 is a schematic sectional view of an embodiment of an inventive motor assembly with internal rotor and an external, shared stator with a single-stage gear and an axial toothing between a Wobbeielement and a rotor element,
  • FIG. II.3 schematically in a sectional view two more
  • Axial gearing between a wobbling rotor element and the stator, each with externally arranged and directly externally contactable control electronics, II.4A to II 4C show schematically in an enlarged sectional view three embodiments of the region between a rotor ring and a motor shaft with an attached between them and at least partially flexible element,
  • FIG. 11.5 schematically in a sectional view another
  • Embodiment for a rotatably mounted on a pinion brake element which engages in a corresponding stop contour on the housing interior
  • Embodiment for a rotatably mounted on a pinion filling element which runs sliding on the housing interior
  • Fig. 11.8 shows schematically in an enlarged sectional view a further embodiment of a in a stop contour on
  • FIG. 11 is a schematic sectional view of a further embodiment of a rotatably mounted on a pinion filling element, which runs in a sliding manner on the housing interior, Fig. 11.10 schematically in a sectional view another
  • Fig. 11.1 1 schematically in a sectional view
  • 11.16 shows schematically in a sectional view an exemplary embodiment of a brake element, which is designed as an integrated actuator, and
  • FIG. 11.17A and 11.17B schematically in a sectional view
  • Embodiment for a rotor element with alternative tooth contour with partial cutouts 111.1 schematically an exploded view of an embodiment of a motor arrangement with a single module motor unit and without brake unit,
  • Fig. III.3A to III.5 schematically an embodiment of a
  • Fig. III.6A to III.6B schematically an alternative embodiment of a motor assembly in plan view with a brake unit without
  • Fig. III.7A to III.9B schematically an alternative embodiment of a motor assembly in plan view with a brake unit with
  • Embodiment of a motor assembly in plan view without burdenbremsfunktion and without overload protection (crash lock).
  • FIG. 1.1 shows a motor arrangement A1.
  • the motor arrangement A1 is designed in particular as an axial planetary gear motor arrangement.
  • the motor assembly A1 comprises a stator A2 and a rotor A3 and a surrounding housing A4.
  • the housing A4 can be formed from two housing halves, in particular covers.
  • a motor shaft A9 which carries the rotor A3, is mounted on the stator A2 by means of a wobble bearing A8.
  • the swash bearing A8 can be designed as a ball bearing as shown by way of example in FIG. 1.1. Alternatively, the swash bearing A8 may be formed as a sliding bearing or friction bearing.
  • the motor shaft A9 is mounted on the drive side by means of a shaft bearing A13 on the housing A4.
  • the shaft bearing A13 is designed as a roller bearing. Alternatively, it can be designed as a sliding bearing.
  • the rotor A3 comprises a driven-side external rotor A10 and a drive-side external rotor A1 1, each having an associated, axially inwardly directed external toothing A10.1 or A1 1 .1.
  • the stator A2 is annular and comprises a number of individual segments, which are each formed as an electromagnet A6.
  • the electromagnets A6 are arranged in a ring and form part of a magnet arrangement A5 for commutating the motor arrangement A1.
  • the magnet assembly A5 comprises on the one hand the annularly arranged electromagnets A6 and one of the number of electromagnets A6 unequal number of permanent magnets A7.
  • the electromagnets A6 and the permanent magnets A7 are arranged relative to one another such that a closed magnetic flux AF1 with an axial magnetization direction AR can be generated in a magnetic field in at least one of the electromagnets A6.
  • the permanent magnets A7 are part of an inner rotor A12, which is designed as a toothed rim with an associated axial external toothing A12.1.
  • the inner rotor A12 has a U-shape in cross section, resulting in legs A12.3 are directed radially outward and in the space between the two legs A12.3 the
  • Electromagnet A6 are arranged.
  • the legs are A12.3
  • the axial outer toothing A12.1 of the inner rotor A12 meshes at two points of an axial outer toothing of the rotor A3, namely once in the axial outer toothing A10.1 of the outer rotor A10 and once in the axial outer toothing A1 1 .1 of the outer rotor A1.
  • the resulting new axial toothing of rotor A3 and stator A2 in at least two places is also called Doppelinnentaumel-toothing and made possible by the doubling of the teeth a high meshing.
  • the axial external toothing A12.1 is on both outer
  • Electromagnet A6 is also achieved an improved magnetic flux AF1.
  • the inner rotor A12 performs an axial Taumelnikieri, which is almost completely free of imbalance and thus significantly
  • the inner rotor A12 is formed as a sprocket or yaw ring with an inwardly curved inside A12.2, which is supported by means of the swash bearing A8 on the rotor A3 axially staggering.
  • the inner rotor A12 is set up in such a way that it meshes with at least two, in particular diagonally opposite, points of the rotor 3.
  • the inner rotor A12 is provided with two axial external gears A12.1, which are spaced apart from each other and their teeth
  • the rotor A3 comprises two external rotors A10, A1 1, which are spaced apart from one another and which are provided on the mutually facing surface side with associated axial external teeth A10.1, A1 1 .1.
  • Leg A12.3 is arranged an axial external toothing A12.1.
  • Stators A2 are preferably designed as electromagnetic coils.
  • the respective electromagnet A6 is designed as a double electromagnet with two magnet halves A6.1 with two circulating windings A6.2.
  • the electromagnets 6 are arranged between the legs A12.3 of the inner rotor A12.
  • a magnetic field and thus a magnetic flux AF1 is generated only in one of the magnet halves A6.1 of at least one of the electromagnets A6, wherein in a magnetically active region A14 resulting therefrom
  • Leg area of the inner rotor A12 is magnetically attracted and the relevant leg area and the relevant electromagnet A6 optionally contacted with a damping layer, in particular with an air gap A15.
  • the closed magnetic flux AF1 is not adversely affected due to the axially and centrally inwardly extending magnetization direction AR.
  • Magnetic field AF1 be generated.
  • two induction units are provided, which can be synchronized in such a way that magnetic fields and resulting magnetic fluxes AF1 can be generated simultaneously.
  • twice the number of electromagnets A6 can be active, thus achieving twice the energy density.
  • the individual electromagnets A6 or their magnet halves A6.1 can be controlled via a bus.
  • the electromagnet A6 and thus the magnet halves A6.1 can be formed from a soft magnetic sintered and powder composite material, a magnetic or magnetizable thin sheet or a plastic containing soft magnetic particles.
  • the inner rotor A12 is formed as a permanent magnet, as shown in FIG. 1.1.
  • the inner rotor A12 additionally comprises externally arranged or integrated permanent magnets A7, which are shown in Figures I.3 and I.4.
  • FIG. 1 shows a further embodiment of a motor arrangement A1 with a permanent magnet 7 integrated in the inner rotor A12.
  • Figure I.3 shows an alternative embodiment of a motor assembly A1 formed as a single magnet electromagnet A6, each with an associated winding A6.2.
  • the inner rotor A12 has in the middle an enlarged inner side A12.2, in which a permanent magnet A7 is integrated.
  • a permanent magnet A7 is integrated.
  • Figure I.4 shows a further alternative embodiment of a
  • Motor assembly A1 formed as a single magnet
  • Electromagnet A6 each with an associated winding A6.2.
  • the inner rotor A12 or yaw ring is integrated into a cavity in the region of the motor shaft A9.
  • the inner rotor A12 is designed as a ring on which a plurality of radially outwardly directed
  • Permanent magnets A7 are arranged.
  • Internal rotor A12 has on its axial end faces the axial
  • this engine assembly A1 has twelve annular
  • Electromagnet A6 is not equal to the number of permanent magnets A7. As a result, the inner rotor A12 rotates by a factor of 7 slower than the magnetic field AF1.
  • the number of electromagnets A6 used and in relation to these the number of permanent magnets A7 used may vary, the number of both not being equal. As a result, an improved energy density and thus the performance is given to installation space and an improvement of the noise behavior.
  • the motor assembly A1 is particularly suitable for use as an actuator, in particular an actuator for a backrest or for a rail.
  • the invention can also be used as a separately controlled brake, in particular a wedge brake for a self-locking drive.
  • FIG. 11.1 shows a sectional illustration of an exemplary embodiment of an alternative engine arrangement B1 according to the invention, wherein due to axis symmetry of the engine arrangement B1 and for the better
  • Clarity only the upper half of the engine above a longitudinal axis BL of the motor assembly B1 is shown.
  • the motor assembly B1 is in particular as an axial
  • Planetary gear motor assembly executed and is used for example for a recliner for adjusting a seat back or as a height adjustment motor.
  • the motor assembly B1 comprises an outer stator B2 and a rotor B3 and a housing B4 surrounding them.
  • Housing B4 can be designed in several parts and, for example, two housing halves, in particular a bottom and a cover include. However, it can also comprise more than two housing parts.
  • the stator B2 is divided and includes two
  • Stator elements B2.1 and B2.2 between which a Wobbeielement B3.1 and an internally running, output-side rotor element B3.2 are arranged.
  • the wobble element B3.1 and the rotor element B3.2 are of annular design and are also referred to as wobble ring or rotor ring.
  • the inner rotor B3 comprises the Wobbeielement B3.1 and the output-side rotor element B3.2, each having an associated axial toothing BZ3.1 or BZ3.2.
  • the toothing BZ3.1 of the wobble element B3.1 is inwardly directed in the axial direction BR of the motor arrangement B1
  • Rotor element B3.2 engages as a in the axial direction of the BR
  • the motor arrangement B1 comprises a motor shaft B5 (without pinion output and with positive locking to a transmission rod, not shown), which carries the rotor B3 and, as shown in FIG. 11.1, at least the annular rotor element B3.2.
  • a motor shaft B5 (without pinion output and with positive locking to a transmission rod, not shown), which carries the rotor B3 and, as shown in FIG. 11.1, at least the annular rotor element B3.2.
  • the motor shaft B5 In the area of the motor shaft B5 is the
  • Rotor element B3.2 reinforced trained.
  • Each of the stator elements B2.1, B2.2 in turn comprises a number of individual segments, each of which is designed as an electromagnet B6.
  • the electromagnets B6 are arranged in a ring, so that the stator elements B2.1 and B2.2 are annular.
  • the electromagnets B6 are part of a magnet arrangement for
  • the electromagnets B6 are arranged on a plate B7 with domes for the electromagnets B6.
  • control electronics B8 To activate the electromagnets B6, these windings B6.1, which are connected to a control electronics B8. Due to the internal arrangement of the rotor B3 and the outer arrangement of the stator B2, the control electronics B8 is easily accessible from the outside, so that a direct contacting through the housing B4 is possible.
  • the control electronics B8 is also designed annular.
  • the electromagnets B6, in particular diagonally opposite electromagnets B6 actuated simultaneously, ie turned on, and thus magnetized and again switched off and thus demagnetized. This attacks the
  • Wobbe element B3.1 performs a wobbling movement in the axial direction BR to the left and right and simultaneously rotating.
  • the wobble element B3.1 is supported on the housing B4 as an example in FIG. 11.1 for torque coupling.
  • the Wobbeielement B3.1 is U-shaped in section, wherein the outer end of the annular rotor element B3.2 between the
  • the closed bottom of the Wobbeielements B3.1 is curved toward the outside in the direction of the housing B4 and the inside is designed to correspond to this arched inward, so that the Wobbeielement B3.1 can perform a wobbling movement in the axial direction BR to the left and right.
  • the electromagnets B6 and the wobble element B3.1 are arranged in relation to one another such that a closed magnetic flux BF can be generated in a magnetic field in at least the magnetized electromagnet B6.
  • At least one or preferably a plurality of the electromagnets B6 of both stator elements B2.1 and B2.2 is switched on and off with circulating magnetization in such a way that electromagnets 6, which are located diagonally opposite one another
  • Stator elements B2.1 and B2.2 are magnetized and direct
  • Stator element B2.1 or B2.2 are not magnetized.
  • the number of simultaneously magnetizable electromagnets B6 is dependent on the total number of electromagnets B6 of the motor assembly B1, wherein a plurality of adjacent electromagnets B6 are switched on to increase the efficiency and the power output simultaneously.
  • the number of teeth of the intermeshing teeth BZ3.1, B3.2 are different from each other, so that a reduction is given by this number of teeth difference of the two intermeshing gears.
  • the electromagnet B6 of the stator element B2.1 is magnetized so that the wobble element B3.1 is attracted and pivoted in the direction of the stator element B2.1 and the toothing BZ3.2 of the rotor element B3.2 is inserted into the toothing BZ3. 1 of the Wobbeielements B3.1 engages in the direction of the stator element B2.2 and meshes. Due to the circumferential magnetization of individual
  • Electromagnet B6 performs the Wobbeielement B3.1 a wobbling
  • FIG.2 shows schematically in section an alternative
  • each stator element B2.1 ', B2.2' has one associated, in the axial direction BR inwardly directed toothing BZ2.1 ', BZ2.2', in which engages the formed as an axial external toothing teeth BZ3.2 'of the rotor element B3.2' engages at least two points and wobbling combing, so that the Rotor element B3.2 'even wobbling movement in the axial direction BR performs.
  • Wobbe element B3.1 The rotor element B3.2 'is arranged wobbling on the motor shaft B5' in the axial direction BR to the left and to the right. For a rotatable torque coupling of the rotor element B3.2 'on the motor shaft B5', this has a spherical shape and a L Lucassnuten protein in the coupling region.
  • the motor shaft B5 'and arranged on the motor shaft B5' rotor element B3.2 ' corresponding to each other arched and provided with longitudinal grooves. This embodiment is particularly suitable for a
  • FIG.3 shows schematically in a sectional view two further embodiments of an inventive motor assembly B1 'and B1 "with internal rotor ⁇ 3', B3" and external and shared stator B2 '(double / multi-part design of the stator) or simple outside lying stator B2 "(one-piece design of the stator) with axial toothing between a wobbling movement exporting rotor element B3.2 ', B3.2” and the stator ⁇ 2', B2 "with each outside and directly contacted from the outside
  • the wobble element B3.1 according to FIG. 11.1 is omitted.
  • the rotor element B3.2 ', B3.2 " is curved corresponding to an associated spherical portion of the motor shaft ⁇ 5', B5" designed so that a wobbling movement of the rotor element B3.2 ', B3.2 "and a spherical torque entrainment is possible ,
  • Figures II.4A to II.4C show schematically in enlarged
  • Axialraum BR yielding or deformable trained, flexible element B9 '" is a wobbling movement of the rotor element B3.2'" allows.
  • Figure II.4A shows an enlarged view of the element B9 '", which is designed as a thin steel sheet or a thin steel membrane, in particular as an annular wave plate, which is provided at least with a shaft B9.1"' and on the pinion B5 .1 "'of the motor shaft B5'” is attached. Due to the waveform, the element B9 '"
  • Housing B4 ' designed in several parts and includes the housing parts B4.1"' to B4.3 '.
  • the housing part B4.1"' is fixed to a pinion B5.1 "'the motor shaft B5'” arranged and rotated relative to the Housing part B4.2 '" and is mounted by means of a bearing B10 '"on the housing part B4.2
  • the housing part B4.2'" is connected via a connection B1 1, z. Legs
  • the motor assembly B1 "' is designed as an external rotor motor which finds particular application with lower radial forces."
  • one of the housing halves B4.1 “' of the housing B4 '” is fixedly connected to the motor shaft B5' ".
  • the rotor element B3.2 '” is likewise fixedly connected to the motor shaft B5'” via the element B9 '"which is flexible in the direction of wobble or in the axial direction BR, and an external toothing BZ4.1'" is provided on the outside of the housing half B4.1 "'.
  • the housing half B4.1 '" is a bearing B10, z. B. a roller, ball, sliding or friction bearing, on the other housing half B4.2 '"stored, which has a
  • Figure II.5 shows schematically in a sectional view a further embodiment of an inventive motor assembly B1 IV with a rotor B3 IV and a simple outer stator B2 IV with corresponding axial toothing between the stator B2 IV and the rotor B3 IV , wherein the axial toothing caused by the activation of only one of the electromagnets B6 meshes only at one point or contact zone.
  • the axial toothing caused by the activation of only one of the electromagnets B6 meshes only at one point or contact zone.
  • the stator B2 IV is U-shaped for an optimized, closed magnetic flux BF and as a deep-drawn, soft magnetic sheet with extrusion inserts for the Magnet windings formed.
  • the stator B2 may be formed as a one-piece sintered part.
  • the elements may be formed as plastic coated metal or sheet metal elements.
  • the element B9 IV for example, as a ring-shaped corrugated iron fixedly connected to a pinion B5.1 IV of the motor shaft B5 IV .
  • the motor assembly B1 IV comprises a brake element B12 IV as a filler, which is formed as a sheet and rotatable on
  • the brake element B12 IV is designed in particular as a corrugated sheet, which is a
  • Braking contour B12.1 lv has.
  • the brake contour B12.1 lv is as in
  • Figure II.6A shown as a U-shaped sheet executed.
  • the brake part B12.1 lv opposite housing part B4.1 lv has on the inside in the region of the brake element B12 IV an associated stop contour B13 IV . In the magnetized or active state of the electromagnet B2.1 lv , the brake element B12 IV does not engage in the
  • Stop contour B13 IV (see Figure II.6A). When the solenoid B6 is turned off, it springs as a stopper plate
  • the braking element B12 IV stops running to stop in the stop contour B13 IV (see FIG. II.6B).
  • the stop contour B13 IV is provided for example with a surface structure, for example with a tooth structure, in particular a sawtooth structure.
  • the control electronics B8 IV is arranged on the outside of the stator B2 IV and can be contacted directly from outside via the plug connection B8.1 IV .
  • Figure 11.7 shows schematically in a sectional view another embodiment of a flexible brake element B12 v , which runs sliding on the housing interior.
  • the flexible brake element B12 v is designed as a spring element (main shaft spring), which allows a back springing and thus a counterforce without clawing or stopping as in the embodiment of FIGS II.6A and II.6B when running.
  • Figure II.8 shows schematically in sectional view the embodiment of the brake element B12 IV according to Figures II.6A, II.6B, which disengages from a corresponding stop contour B13 IV am
  • the braking element B12 IV is as a
  • Electromagnet B6 by means of meshing and allows a brake and stop function.
  • the on-board electronics B8 IV interrogated the position of the rotor B3 IV by sequentially checking the
  • Coil inductance wherein the highest value is determined as a tooth engagement.
  • the determined and corresponding lying electromagnets B6 are activated and the brake element B12 IV and thus the braking contour B12.1 lv , as shown in Figure B8, lifted so that no coupling and thus no friction to the housing B4 IV , z. B. the lid, and thus the stop contour B13 IV occurs.
  • Brake element B12 IV by deactivating or switching off the
  • Electromagnet B6 set down again.
  • Figure II.9 shows schematically in a sectional view
  • Control electronics B8 VI For improved efficiency, the stator B2 VI is U-shaped. Between the two legs of the stator B2 VI and the electromagnet B6 opposite are the Gears BZ3.1 and BZ3.2 VI of the Wobbeielements ⁇ 3. ⁇ 'and the rotor element B3.2 VI arranged so that two closed circles for the magnetic flux BF are formed at the one contact zone or toothing.
  • the wobbe element B3.1 VI is for torque take-off on
  • Housing B4 VI slidably or alternatively supported for reduced friction by means of balls and guided on the motor shaft B5 VI by means of a ball guide (no moment driving).
  • a ball guide no moment driving
  • Wobbeement B3.1 VI be mounted on the motor shaft B5 VI by means of a ball bearing or a rolling friction. Inside, the motor shaft B5 VI has a Leksnuten effect on the positive connection of a transmission rod, not shown.
  • the housing B4 VI has to gain and support occurring due to the Wobbeirison axial forces on a gain BV.
  • the motor arrangement B1 VI shown in FIG. 11.1 0 has optimized
  • Figure 11.11 shows schematically in a sectional view
  • FIG. 11.12 shows schematically in a sectional view an alternative exemplary embodiment for a flexibly designed rotor element B3.2 V ", which is designed to be elastically deformable at least in the center.
  • Rotor element B3.2 V "increases the energy density and power output. Moreover, it is also possible with the help of the flexible, elastic
  • Rotor element B3.2 V to reach two contact zones.
  • the flexibly formed rotor element B3.2 V "requires a toothing adapted to the bending line and has a suitable one
  • Rotor element B3.2 V "with two contact zones is the above-described brake element B1 2 v " corresponding to two opposite
  • 11.13 shows schematically in plan view an exemplary embodiment of a ring-shaped and flexibly formed rotor element B3.2 VI "with several individual segments B3.2n without external tooth contour B.
  • the connection BV of the individual segments B3.2n may be by means of resistance welding or
  • the respective individual segment B3.2n is designed as a sintered or extruded part. Alternatively, it may be formed as a deep-drawn, soft magnetic sheet with extrusion inserts for the windings B6.1 VI "with or without tooth contour already in the metal body.
  • FIGS 11.14 and 11.15 show schematically in section and in
  • Figure 11.16 shows schematically in a sectional view
  • Embodiment for an alternative brake element B12 which is designed as an integrated actuator B14.
  • FIG. 11.1 shows an alternative to this: The controller ensures that the rotor element B3.2 can only stop in one position (is sufficiently accurate and can also be used at
  • Electromagnet B6 or another magnet for retracting the bolt B14.1 is Electromagnet B6 or another magnet for retracting the bolt B14.1.
  • Double magnet be provided for a round run, wherein on the rotor a hole for a pin and axially behind a magnet for the pin are provided (analogous to the bolt in the electromagnet, as described above).
  • Such a brake version with integrated actuator B14 is suitable for supporting crash loads, since the forces are distributed over the toothing and the "short circuit" (contact zone) to the housing B4.
  • Figure 11.17B shows schematically in a sectional view a further embodiment of a brake element B1 2, which as a alternative gear contour with partial cutouts
  • Electromagnet B6 a springback of the rotor ring or element B3.2 in the direction of BRF, so that this, in particular its teeth BZ3.2 disengaged. This can lead to tooth tip contact and damage in regions further away from the circumference. This can be prevented by partial free cutting of these areas BB (more area engaged). This then reached stable position can also be used to prevent draining (without
  • Figure 111.1 shows an exploded view of an embodiment of a motor assembly C1 according to the invention with a motor unit C1 a, which is surrounded by a multi-part housing with two housing parts C4a, C4b.
  • the housing can be designed in several parts and include, for example, a bottom and a lid. However, it can also comprise more than two housing parts.
  • the motor assembly C1 is in particular as an axial
  • Planetary gear motor assembly executed and is used, for example, as a drive for a Lehnenversteller for adjusting a seat back or as a drive for a height adjuster. Due to the modular structure, the motor assembly C1 is also used by a correspondingly selected embodiment of the brake unit C1 b as a bicycle drive or as a drive for a Leksversteller.
  • the motor assembly C1 comprises an outer stator C2 and a rotor C3.
  • Electromagnetic coils The individual segments C5 and thus the
  • Electromagnets C6 are arranged in a ring shape.
  • the electromagnets C6 are part of the magnet arrangement C2.2 for commutating the
  • the respective electromagnet C6 may be formed as a simple electromagnet with a circumferential winding.
  • the electromagnet can be provided as a double electromagnet with two magnet halves and two circumferential windings, wherein only one of the magnet halves is magnetizable.
  • the number of electromagnets C6 used may vary. This results in an improved energy density and an improvement of the
  • stator C2 comprises a stator toothed ring C2.3 with an axial toothing CZ2.4 directed in the direction of the rotor C3.
  • the inner rotor C3 comprises a particular annular rotor element C3.1 (also called Wobbeielement or Wobbeiring or rotor ring) and an output shaft C3.2.
  • the output side is a particular annular rotor element C3.1 (also called Wobbeielement or Wobbeiring or rotor ring) and an output shaft C3.2.
  • Rotor element C3.1 has an axial toothing CZ3.3 directed in the direction of the stator C2.
  • the motor assembly C1 comprises the output shaft C3.2 (a motor shaft without pinion output and with positive locking to a transmission rod, not shown), which carries the rotor C3 and, as shown in the figure C1, at least the annular rotor element C3.1.
  • Coil windings C6.1 which are connected to a control electronics C7 (in a manner not shown).
  • Control electronics C7 is integrated in the stator C2 and between
  • the control electronics C7 is easily accessible from the outside, so that a direct contacting through the housing part C4a is possible.
  • the control electronics C7 is also designed annular. In operation of the motor assembly C1 with a single-stage gear, the electromagnets C6 are actuated individually around the circumference. As a result, the axial toothing CZ3.3 of the rotor element C3.1 engages in the
  • electromagnets in particular diagonally opposed electromagnets, are simultaneously actuated, i. turned on, and thus magnetized and again
  • At least one partially flexible element C8 is arranged, so that the rotor element C3.1 is no longer supported on the output shaft C3.2.
  • the flexible element C8 is designed, for example, as a corrugated sheet metal with a shaft C8.1 projecting in the axial direction CR in the direction of the rotor element C3.1.
  • flexible element C8 is a rotating movement of the rotor element C3.1 allows. In this case, a torque entrainment takes place via the flexible element C8, which on the pinion C3.4 the
  • Output shaft C3.2 is attached.
  • the electromagnets C6 and the rotor element C3.1 are such
  • a closed magnetic flux CF in a magnetic field in at least the magnetized electromagnet C6 can be generated.
  • At least one or preferably more of the electromagnets C6 of the magnet arrangement C2.2 is switched on and off with orbital magnetization such that electromagnets C6 of two diagonally opposite electromagnets C6 of FIG
  • Magnetic arrangement C2.2 one magnetized and the direct
  • the bobbin can be solid.
  • the stator ring C2.1 is designed as a double ring with a U-shaped longitudinal or axial section.
  • the stator ring C2.1 may be formed as a deep-drawn, soft magnetic sheet with flow press inserts for the magnet windings.
  • the number of simultaneously magnetizable electromagnets C6 is dependent on the total number of electromagnets C6 the
  • Electromagnet C6 for increasing the efficiency
  • Power output can be switched on at the same time.
  • the number of teeth of the intermeshing axial teeth CZ3.3, C2.4 is different from each other, so that a reduction ratio, for example, is given by 1:95 by this difference in number of teeth of the two meshing gears.
  • the motor assembly C1 is modularly constructed from a motor unit C1 a and optionally from a
  • Braking unit C1 b which is shown in Figure III.2.
  • Figure III .2 shows a schematic exploded view another
  • the motor arrangement C1 ' accordinging to FIG. III.2 additionally comprises the brake unit C1b with a brake element C9.
  • Brake element C9 is a pawl which is designed as a rocker with at least one brake pin C9.1.
  • the brake element C9 is rotatably mounted on the housing C4a and / or C4b about a rotary shaft C9.2.
  • the stator ring C2.1 points in the direction of
  • Rotor element C3.1 arranged brake brake C3.5 comes in braking engagement (with solenoid C6 "and pivoting in the direction of extension C2.5") or out of engagement with this comes (at switched solenoid C6 'and pivoting in the direction
  • the brake element C9 serves as a drain brake, which can be engaged without play.
  • the control electronics C7, not shown in Figure III.2 includes a flip-flop control of the brake element C9, whereby the rocker and pivot function is supported during deceleration braking.
  • the control is carried out as stable end position control without intermediate positions. That is, after a momentarily activated electromagnet C6 "takes place - even with then switched off power - a deceleration when moving / draining under load automatically.
  • the rotor element C3.1 in the embodiment according to Figure III.2 comprises a number of support pins C10, which in
  • the output shaft C3.2 has a radial extension C12, the edge with the corresponding
  • Grooves C1 1 is provided.
  • three support pins C10 are provided, which are arranged distributed symmetrically and can be arranged with a game / air on the output shaft C3.2, so that normally the flexible element C8 takes over the power flow.
  • An overload protection is only indirectly via the activation of the
  • Brake elements C9 by a bolt lock using the support pins C10 allows.
  • FIGS. III.3A and III.3B show the motor arrangement C1 'in a top view in the locked position and thus pivoted when the electromagnet C6 "and in the direction of the extension C2.5" are switched on
  • Braking element C9 so that a drain brake function is provided by running along the brake pin C9.1 on the brake rib C3.5 and a meshing of the axial teeth CZ2.4 and CZ3.3 even without power is secured. In this case, a tooth engagement only at one point or position on the circumference is sufficient and precise and easy to implement.
  • a motor assembly C1 ' is particularly suitable for a rotary Lehnenversteller.
  • Figures III.4A and III.4B show the motor assembly C1 'in plan view in running position and thus with the solenoid C6' and in the direction of the extension C2.5 'pivoted brake element C9, so that the brake pin C9.1 out of engagement with the brake rib C3 .5 comes and the axial teeth CZ2.4 and CZ3.3 are disengaged and thus released.
  • Figure III .5 shows a superposition of Figures III 3B and III 4B and the slightly different rotor position.
  • FIG. III.6A to III.6B show schematically an alternative
  • Embodiment of a motor assembly C1 in plan view with a brake unit C1 b without shoremsfunktion and with alternative direct overload protection (crash lock).
  • Such a motor assembly C1 is particularly suitable for a wobble Lehnenversteller, in which not self-locking
  • Control electronics C7 be balanced
  • FIGS. III.6A and III.6B show a brake unit C1 b with an alternative brake element C9 ', which has a toothed pawl C9.3 instead of the brake pin C9.1 and the brake rib C3.5 according to FIG. III.2, which stops and thus locks into a corresponding one
  • Locking element C13 engages when the solenoid C6 "is turned on.
  • This brake unit C1 b allows a permanent meshing of the axial gears CZ3.3 and CZ2.4 and a crash lock without
  • FIG.6A shows the motor assembly C1 "in plan view in the locked position and thus when the solenoid 6" and in the direction of the extension C2.5 “swiveled brake element C9 ', so that a crash lock and a meshing of the
  • Axial teeth CZ2.4 and CZ3.3 is also secured without electricity.
  • FIG.6B shows the motor assembly C1 "in plan view
  • FIGS. III.7A to III.9B schematically show a further alternative embodiment of a motor arrangement C1 '"in plan view with a brake unit C1 b with a drain brake function and with an alternative
  • the brake unit C1 b comprises the brake element C9 with brake pin C9.1 and corresponding peripherally protruding brake rib C3.5 on
  • the brake unit C1 b comprises an alternative blocking element C13 'corresponding to
  • Brake pin C9.1 both the drain brake function and the
  • Recesses C15 e.g. arcuate groove C15.1, slots C15.2, for the brake pin C9.1 or the extensions C2.5 'and C2.5 "are provided.
  • FIGS. III.7A and III.7B show the motor arrangement C1 '"in a top view in the locked position and thus with the electromagnet C6" and in the direction of the extension C2.5 "pivoted
  • Running along the brake pin 9.1 is given on the brake rib C3.5 and a meshing of the axial teeth CZ2.4 and CZ3.3 is secured without power.
  • Figure III .8 shows a sectional view of the motor assembly C1 '' in the locked position, wherein due to axial symmetry of the
  • Figures III.9A and III.9B show the motor assembly C1 '"in plan view in running position and thus with the solenoid C6' and in the direction of the extension C2.5 'pivoted brake element C9", so that the brake pin C9.1 out of engagement with the Brake rib C3.5 comes and the axial teeth CZ2.4 and CZ3.3 are also disengaged and thus released.
  • FIGS. III.10A to III.10B schematically show a further alternative embodiment of a motor arrangement C1 IV in plan view with a braking unit C1 b with alternative, in particular weaker ones
  • Drain brake function as the drain brake functions already described and without overload protection (crash lock).
  • the brake unit C1b is integrated in the stator C2 in this embodiment, for which purpose C6.1 (also coil body in the case of solid construction) is used in the magnet arrangement C2.2, in particular in the coil winding ) Permanent magnets C16 arranged, which in the
  • axially extending passage C17 are axially movable.
  • the permanent magnet C16 of the respective single segment is held by the applied current in the direction of the stator ring C2.1 and thus on the steel magnetic field former.
  • Passage C17 is moved axially to the stop, so that the Stator C2, in particular its axial teeth CZ2.4, remains engaged. This causes a low braking effect, which extends against running.
  • one, two or more permanent magnets C1 6 can be provided.
  • the one or more permanent magnets C1 6 may be provided with a predetermined cross-section or a predetermined Au texkontur to a rotation or significantly higher
  • Permanent magnets C1 6 have a Zahnnegativkontur to get closer to the rotor C3.
  • Figures 111.11 to III.12B show schematically a further alternative embodiment of a simple motor assembly C1 v in a longitudinal section and in an exploded view with a brake unit C1 b without
  • stator ring C2.1 is omitted.
  • Motor arrangement C1 v comprises as stator C2 'an alternative
  • Stator tooth ring C2.3 'and an alternative magnet arrangement C2.2' The stator toothed ring C2.3 'has on the side facing away from the axial toothing CZ2.4 surface side a number of recesses C1 7.1, in which at least one of the bolt-shaped extensions C1 8 of the electromagnets C6 of the magnet assembly C2.2' with appropriate control means of the control electronics C7 in one of the stator toothed ring C2.3 ' and an alternative magnet arrangement C2.2'.
  • the stator toothed ring C2.3 ' has on the side facing away from the axial toothing CZ2.4 surface side a number of recesses C1 7.1, in which at least one of the bolt-shaped extensions C1 8 of the electromagnets C6 of the magnet assembly C2.2' with appropriate control means of the control electronics C7 in one of the
  • Figure 111.11 shows due to axis symmetry of
  • the rotor C3 with the output shaft C3.2, in which engages a passage rod, not shown, is mounted in the stator C2 'by means of a sliding bearing C19.
  • the magnet assembly C2.2 'is held in the housing, provides in its interior space for parts C20 of the control electronics C7 and includes a holding plate C21, on which the individual segments C5 are arranged in a ring.
  • Figures III.12A and III.12B shows the motor assembly C1 v according to Figure 111.1 1 in an exploded view slightly obliquely from the front or from behind.
  • the electromagnets C6 are actuated individually around the circumference.
  • Axial direction CR to the left and right performs.
  • stator gear C2.3 prevent its rotation about the axis CR, and thus ensure the torque support to the housing.
  • Motor arrangement C1 v can by switching on one of
  • This motor assembly C1 has no drain brake or crash lock and is particularly suitable for a rotary Lehnenversteller.
  • the described motor arrangements C1 to C1 v are modular and have, depending on the application, a correspondingly designed motor unit C1 a and / or a correspondingly formed
  • Braking unit C1 b which can be coupled to each other, so that they allow different drive functions and / or braking functions.
  • these motor assemblies C1 to C1 v can be customized by adjusting the integrated control electronics C7.

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Abstract

Die Erfindung betrifft zumindest eine Motoranordnung (A1), insbesondere eine Planetengetriebemotoranordnung, umfassend: - einen Stator (A2) und einen Rotor (A3) sowie ein diese umgebendes Gehäuse (A4), wobei - der Stator (A2) aus einer Magnetanordnung (A5) gebildet ist, die eine Anzahl von ringförmig angeordneten Elektromagneten (A6) und eine zu der Anzahl von Elektromagneten (A6) ungleiche Anzahl von Permanentmagneten (A7) aufweist, die derart zueinander angeordnet sind, dass ein geschlossener Magnetfluss (AF1) mit axialer Magnetisierungsrichtung (AR) in einem Magnetfeld in zumindest einem der Elektromagneten (A6) erzeugbar ist, wobei - ein mit einer axialen Außenverzahnung (A12.1) versehener Innenläufer (A12) oder Zahnkranz als Teil des Stators (A2) in mindestens einer axialen Außenverzahnung (A10.1, A11.1) des Rotors (A3) kämmt.

Description

Motoranordnung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Motoranordnung, insbesondere eine
Planetengetnebemotoranordnung.
Aus dem Stand der Technik sind leistungsstarke und kompakte
Stellantriebe, wie Planetengetriebe, insbesondere Taumelgetriebe mit Radial- oder Axialschlag, bekannt. Dabei sind verschiedene Ausbildungen der Lagerung oder Aufhängung mittels Zahngetriebe oder Kugellager bekannt.
Aus der DE 100 28 964 A1 sind ein kompakter Antrieb und ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebs bekannt. Der kompakte Antrieb ist derart ausgeführt, dass ein elektrisches, magnetisches und/oder
elektromagnetisches Feld auf die Taumelscheibe derart einwirkt, dass ein Drehmoment über die abtreibende Welle des Taumelgetriebes abgebbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Motoranordnung, insbesondere eine verbesserte Planetengetnebemotoranordnung anzugeben.
Des Weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Motoranordnung, insbesondere eine Planetengetnebemotoranordnung mit einer verbesserten Aufhängung anzugeben.
Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motoranordnung, insbesondere eine Planetengetnebemotoranordnung mit einem
verbesserten Zugang zum Stator anzugeben. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Motoranordnung, insbesondere einer Planetengetriebemotoranordnung, umfassend einen, insbesondere innen liegender Stator und einen, insbesondere außen liegender Rotor sowie ein diese umgebendes Gehäuse, wobei der Stator aus einer Magnetanordnung gebildet ist, die eine Anzahl von ringförmig angeordneten Elektromagneten und eine zu der Anzahl von
Elektromagneten ungleiche Anzahl von Permanentmagneten aufweist, die derart zueinander angeordnet sind, dass ein geschlossener Magnetfluss mit axialer Magnetisierungsrichtung in einem Magnetfeld in zumindest einem der Elektromagneten erzeugbar ist, wobei ein mit mindestens einer axialen Außenverzahnung versehener Innenläufer oder Zahnkranz in mindestens einer axialen Außenverzahnung des Rotors kämmt.
Der Motor ist dabei insbesondere als ein axialer Planetengetriebemotor ausgebildet. Durch die axiale Magnetisierungsrichtung einzelner
Elektromagnete wird ein verbesserter Magnetfluss erzielt. Der Innenläufer macht eine sphärische Taumelbewegung, welche fast vollständig frei von Unwucht ist, wodurch eine Geräuschentwicklung deutlich reduziert ist. Eine daraus resultierende neue Axialverzahnung von Rotor und Stator an mindestens zwei Stellen, auch Doppelinnentaumel-Verzahnung genannt, ermöglicht einen hohen Zahneingriff.
Hierzu ist der Innenläufer in einer möglichen Ausführungsform derart eingerichtet ist, dass er an mindestens zwei, insbesondere diagonal gegenüberliegenden Stellen des Rotors kämmt. Mittels der Erfindung ist eine besonders kompakte Anordnung gegeben bei gleichzeitig
verbesserter Stabilität und Gängigkeit der Motoranordnung.
In einer möglichen Ausführungsform weist der Motor als Innenläufer einen Zahnkranz mit einer nach innen gewölbten Innenseite auf, die mittels eines Taumellagers, insbesondere einer Kugellageranordnung oder einer Gleitlager- oder Reiblageranordnung, auf dem Rotor axial taumelnd gelagert ist.
Der Stator umfasst als Magnetanordnung vorzugsweise eine Mehrzahl von ringförmig angeordneten Elektromagneten, die insbesondere als Elektromagnetspulen ausgebildet sind. Dabei kann der Elektromagnet als ein einfacher Elektromagnet mit einer umlaufenden Wicklung ausgebildet sein. Alternativ kann der Elektromagnet als ein Doppelelektromagnet mit zwei Magnethälften und zwei umlaufenden Wicklungen versehen sein, wobei nur eine der Magnethälften magnetisierbar ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Innenläufer mit zwei axialen Außenverzahnungen versehen ist, die voneinander beabstandet sind und deren Zähne voneinander weggerichtet sind. Korrespondierend dazu umfasst der Rotor zwei Außenläufer, die voneinander beabstandet sind und die auf den zueinander gerichteten Oberflächenseiten jeweils mit einer zugehörigen axialen Außenverzahnung versehen sind. Dabei kämmen beide axiale Außenverzahnungen des Innenläufers jeweils nur an einer Stelle in einer der axialen Außenverzahnungen einer der
Außenläufer des Rotors. Insbesondere kämmen die beiden axialen Außenverzahnungen des Innenläufers an diagonal gegenüberliegenden Stelle in korrespondierenden axialen Außenverzahnungen der
Außenläufer des Rotors.
Eine mögliche Ausführungsform sieht vor, dass der Innenläufer im
Querschnitt eine U-Form aufweist, wobei dessen Schenkel radial nach außen gerichtet sind und im Raum zwischen den Schenkeln die
Elektromagneten angeordnet sind, wobei außenseitig an jedem Schenkel eine axiale Außenverzahnung angeordnet ist.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Motoranordnung der ersten
Alternative ermöglichen aufgrund der Änderung der Wirkrichtung der Einzel magnete von radial auf axial einen besseren Magnetfluss. Darüber hinaus ermöglicht die axiale Innentaumel-Verzahnung, insbesondere die Doppelinnentaumel-Verzahnung einen hohen Zahneingriff. Eine
Verdopplung der Einzelmagnete ermöglicht zudem eine verbesserte, insbesondere doppelte Energiedichte (= Leistung zu benötigten Bauraum) und ein verbessertes Geräuschverhalten.
Die Aufgabe wird darüber hinaus erfindungsgemäß gelöst mit einer alternativen Motoranordnung, insbesondere einer
Planetengetriebemotoranordnung, umfassend einen außen liegenden Stator und einen Rotor sowie ein diese umgebendes Gehäuse, wobei die Motoranordnung mit einem einstufigen Getriebe und einer
Axialverzahnung zwischen einem Wobbeielement (auch Ausgleichs- oder Verbinderelement genannt, das eine wobbelnde Bewegung in axiale Richtung (= Axialschlag) ausführt) und einem abtriebsseitigen
Rotorelement, insbesondere einem Rotorring, ausgebildet ist.
Die alternative Motoranordnung betreffend umfasst diese eine Motorwelle, einen, insbesondere außen liegenden Stator und einen, insbesondere innen liegenden Rotor sowie ein diese umgebendes Gehäuse, wobei der Stator aus einer Magnetanordnung gebildet ist, die eine Anzahl von ringförmig angeordneten Elektromagneten und zumindest einen
Permanentmagnet aufweist, die derart zueinander angeordnet sind, dass ein geschlossener Magnetfluss mit axialer Magnetisierungsrichtung in einem Magnetfeld in zumindest einem der Elektromagneten erzeugbar ist, wobei die Motoranordnung mit einem einstufigen Getriebe derart ausgebildet ist, dass der mit einer axialen Außenverzahnung versehener Stator oder das Wobbeielement in mindestens einer axialen
Außenverzahnung des Rotors kämmt, wobei zwischen dem Rotor und der Motorwelle an einem Ritzel ein zumindest teilweise flexibles
Element angeordnet ist und/oder zwischen dem Rotor und der
Motorwelle an einem Ritzel ein Bremselement angeordnet ist. Gegenüber einem herkömmlichen zweistufigen Getriebe weist die erfindungsgemäße Motoranordnung mit einem einstufigen Getriebe weniger Kopplungs- und Toleranzprobleme bei der Auslegung der Verzahnung durch lange Toleranzketten auf, so dass ein Klemmen oder ein Fehllauf oder Laufausfall reduziert oder verhindert ist. Zudem sind gegenüber einem herkömmlichen innen liegenden Stator bei dem erfindungsgemäßen außen liegenden Stator der Zugang zum Stator und die Verbindung zur sowie die Positionierung der Steuerelektronik aufgrund des verfügbaren Bauraums verbessert. Darüber hinaus ist die
erfindungsgemäße Motoranordnung einfach zu montieren und weist eine sehr kompakte und einfache Bauform mit einem verfügbaren Bauraum für eine Bremse gegen ein Ablaufen des Motors auf. Die Motoranordnung eignet sich insbesondere aufgrund der kompakten Bauform und der Aufnahme von hohen Kräften, insbesondere von 20Nm, zur Anwendung für einen Lehnenversteller oder als Höhenverstellmotor. Alternativ kann auch die Motoranordnung mit einem zweistufigen Getriebe ausgebildet sein.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das flexible
Element derart ausgebildet ist, dass es drehmomentsteif in
Umfangsrichtung und deformierbar in Axialrichtung ausgebildet ist. Das flexible Element dient insbesondere dem Ausgleich von Toleranzen, insbesondere Montage- und Kopplungstoleranzen zwischen Stator und Rotor. In einer möglichen Ausführungsform ist das flexible Element als ein dünnes Stahlblech oder eine dünne Stahlmembran oder ein Wellblech ausgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Bremselement als ein Füllkörper und/oder als ein Wellblech ausgebildet, das verdrehbar am
Ritzel angeordnet ist. Darüber hinaus ist das Bremselement in einer möglichen Ausführungsform selbsthemmend als eine Ablaufbremse mit Verkrallung ausgebildet. Alternativ kann das Bremselement in Art eines Gleiters als eine Ablaufbremse ohne Verkrallung ausgebildet sein.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein
Wobbeielement zwischen mindestens einem Statorelement und einem Rotorelement angeordnet ist, wobei das Wobbeielement mindestens zwei Verzahnungen aufweist, die in Außenverzahnungen Rotorelements kämmen.
Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit einer weiteren alternativen Motoranordnung, insbesondere einer
Planetengetriebemotoranordnung, umfassend
- eine Motoreinheit mit einem Stator, einem Rotor, einem mindestens einstufigen Getriebe mit einer Axialverzahnung zwischen dem Stator und dem Rotor und einer integrierten Steuerungselektronik und
- eine Bremseinheit zumindest für eine Bremsung gegen ein Ablaufen des Motors,
- wobei die Motoreinheit und die Bremseinheit separat ausgebildet und miteinander koppelbar sind.
Mit anderen Worten: Die Motoranordnung ist modular aus den Modulen Motoreinheit und Bremseinheit aufgebaut. Je nach Anwendung kann die Motoranordnung individuell angepasst und aufgebaut sein, wobei das Modul Motoreinheit aus Stator, Rotor, integrierter Steuerung (= Onboard- Steuerung) und mit ein- oder zweistufigen Getriebe gebildet ist und die Bremseinheit verschiedenartig mit bleibender Zahneingrifffunktion, mit Ablaufbremsfunktion und/oder mit Sperrfunktion (= sogenannte Crash- Sperre) ausgebildet sein kann.
Darüber hinaus ist der Rotor als ein Wobbeielement ausgebildet, das eine wobbelnde Bewegung in axiale Richtung (= Axialschlag) ausführt. Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass die Bremseinheit zumindest teilintegriert ausgeführt ist, wobei zumindest eine Komponente, zum Beispiel ein Bremselement, wie ein Wellblech, Teil der Motoreinheit ist.
Gegenüber einer herkömmlichen Motoranordnung mit Axialgetriebe ist die erfindungsgemäße Motoranordnung für verschiedene Anwendungen, wie beispielsweise als Fahrradantrieb oder als Sitzversteller, insbesondere Lehnen-, Höhen- oder Längsversteller mit entsprechend unterschiedlichen Anforderungen, z. B. Auskuppelfunktion bei Fahrradantrieb, spielfrei im Eingriff halten, wenn Motor still steht, Ablaufbremsfunktion und/oder Crash-Sperre bei Sitzverstellern, einsetzbar.
Durch die erfindungsgemäße Motoranordnung mit außen liegendem Stator und innen liegendem Rotor sind der Zugang zum Stator und die Verbindung zur sowie die Positionierung der Steuerungselektronik verbessert. Darüber hinaus ist eine Kopplung von verschiedenartigen Bremseinheiten mit der Motoreinheit in der Motoranordnung aufgrund des verfügbaren Bauraums ermöglicht. Ferner ist die erfindungsgemäße Motoranordnung einfach zu montieren und weist eine sehr kompakte und einfache sowie modulare Bauform mit einem verfügbaren Bauraum zur Anpassung der Motoranordnung an verschiedene Anwendungen auf. Die Motoranordnung eignet sich insbesondere aufgrund der kompakten Bauform und der Aufnahme von hohen Kräften, insbesondere von 20Nm und einem Übersetzungsverhältnis beispielsweise von 1 :95, zur
Anwendung für einen Lehnenversteller, Längsversteller oder als
Höhenversteller. Alternativ kann auch die Motoranordnung mit einem zweistufigen Getriebe ausgebildet sein. Anhand der beigefügten schematischen Figuren werden die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1.1 schematisch eine erfindungsgemäße Motoranordnung im
Längsschnitt,
Fig. I.2 bis I.4 schematisch verschiedene Ausführungsformen einer
Hälfte einer erfindungsgemäßen Motoranordnung im Längsschnitt, und
Fig. I.5 schematisch eine Draufsicht auf eine Motoranordnung im
Betrieb und mit Kennzeichnung der Magnetflüsse.
Fig. 11.1 schematisch in Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Motoranordnung mit innen liegendem Rotor und einem außen liegenden, geteilten Stator mit einem einstufigen Getriebe und einer Axialverzahnung zwischen einem Wobbeielement und einem Rotorelement,
Fig. II.2 schematisch in Schnittdarstellung ein alternatives
Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Motoranordnung mit innen liegendem Rotor und geteiltem Stator mit einer
Axialverzahnung zwischen einem Rotorelement mit
Wobbeibewegung und dem Stator,
Fig. II.3 schematisch in einer Schnittdarstellung zwei weitere
Ausführungsbeispiele für eine erfindungsgemäße Motoranordnung mit innen liegendem Rotor und einfachem außen liegenden Stator bzw. außen liegenden und geteiltem Stator mit einer
Axialverzahnung zwischen einem wobbelnden Rotorelement und dem Stator mit jeweils außen angeordneter und direkt von außen kontaktierbarer Steuerelektronik, Fig. II.4A bis II 4C schematisch in vergrößerter Schnittdarstellung drei Ausführungsbeispiele für den Bereich zwischen einem Rotorring und einer Motorwelle mit einem zwischen diesen befestigten und zumindest teilweise flexiblen Element,
Fig. 11.5 schematisch in einer Schnittdarstellung ein weiteres
Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Motoranordnung mit einem Rotor und einem einfachen außen liegenden Stator mit einer Axialverzahnung zwischen dem Stator und dem Rotor und mit jeweils außen angeordneter und direkt von außen kontaktierbarer Steuerelektronik und einem am Ritzel drehbar gelagerten
Bremselement,
Fig. II.6A, II.6B schematisch in einer Schnittdarstellung ein
Ausführungsbeispiel für ein drehbar an einem Ritzel gelagertes Bremselement, welches in eine korrespondierende Stoppkontur am Gehäuseinneren eingreift,
Fig. 11.7 schematisch in einer Schnittdarstellung ein weiteres
Ausführungsbeispiel für ein drehbar an einem Ritzel gelagertes Füllelement, welches gleitend am Gehäuseinneren abläuft,
Fig. 11.8 schematisch in einer vergrößerten Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein in eine Stoppkontur am
Gehäuseinneren eingreifendes Bremselement,
Fig. 11.9 schematisch in einer vergrößerten Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein drehbar an einem Ritzel gelagertes Füllelement, welches gleitend am Gehäuseinneren abläuft, Fig. 11.10 schematisch in einer Schnittdarstellung ein weiteres
Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Motoranordnung mit einem Rotor und einfachem außen liegenden Stator und einem zwischen diesen angeordneten Wobbeielement mit einer
Axialverzahnung zwischen dem Wobbeielement und dem
Rotorelement,
Fig. 11.1 1 schematisch in einer Schnittdarstellung ein
Ausführungsbeispiel für einen starr ausgebildeten Rotorring,
Fig. 11.12 schematisch in einer Schnittdarstellung ein
Ausführungsbeispiel für einen flexibel ausgebildeten Rotorring,
Fig. 11.13 schematisch in Draufsicht ein Ausführungsbeispiel für einen flexibel ausgebildeten Rotorring mit mehreren Einzelsegmenten ohne äußerer Zahnkontur,
Fig. 11.14 schematisch im Schnitt ein Einzelsegment mit angrenzenden
Ausgleichszonen,
Fig. 11.15 schematisch in perspektivischer Darstellung ein Einzelsegment,
Fig. 11.16 schematisch in einer Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel für ein Bremselement, welches als integrierter Aktuator ausgebildet ist, und
Fig. 11.17A und 11.17B schematisch in einer Schnittdarstellung ein
Ausführungsbeispiel für ein Rotorelement mit alternativer Verzahnungskontur mit partiellen Freischneidungen. Fig. 111.1 schematisch in Explosionsdarstellung eine Ausführungsform einer Motoranordnung mit einem einzelnen Modul Motoreinheit und ohne Bremseinheit,
Fig. III.2 schematisch in Explosionsdarstellung eine weitere
Ausführungsform einer Motoranordnung mit dem Modul
Motoreinheit und zusätzlich einem Modul Bremseinheit mit einfacher Ablaufbremsfunktion (Wellblech) und mit indirektem Überlastschutz (Crash-Sperre),
Fig. III.3A bis III.5 schematisch eine Ausführungsform einer
Motoranordnung in Draufsicht mit einer Bremseinheit mit einfacher Ablaufbremsfunktion und mit indirektem Überlastschutz (Crash- Sperre),
Fig. III.6A bis III.6B schematisch eine alternative Ausführungsform einer Motoranordnung in Draufsicht mit einer Bremseinheit ohne
Ablaufbremsfunktion und mit alternativem Überlastschutz (Crash- Sperre),
Fig. III.7A bis III.9B schematisch eine alternative Ausführungsform einer Motoranordnung in Draufsicht mit einer Bremseinheit mit
Ablaufbremsfunktion und mit alternativem Überlastschutz (Crash- Sperre),
Fig. III.10A bis III.10C schematisch eine weitere alternative
Ausführungsform einer Motoranordnung in Draufsicht mit einer Bremseinheit mit alternativer Ablaufbremsfunktion und ohne Überlastschutz (Crash-Sperre), Fig. 111.1 1 bis III.12B schematisch eine weitere alternative
Ausführungsform einer Motoranordnung in Draufsicht ohne Ablaufbremsfunktion und ohne Überlastschutz (Crash-Sperre).
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figur 1.1 zeigt eine Motoranordnung A1 . Die Motoranordnung A1 ist insbesondere als eine axiale Planetengetriebemotoranordnung ausgeführt.
Die Motoranordnung A1 umfasst einen Stator A2 und einen Rotor A3 sowie ein diese umgebendes Gehäuse A4. Das Gehäuse A4 kann dabei aus zwei Gehäusehälften, insbesondere Deckeln gebildet sein.
Am Stator A2 ist mittels eines Taumellagers A8 eine Motorwelle A9 gelagert, die den Rotor A3 trägt. Das Taumellager A8 kann wie beispielhaft in der Figur 1.1 gezeigt als ein Kugellager ausgebildet sein. Alternativ kann das Taumellager A8 als ein Gleitlager oder Reiblager ausgebildet sein. Die Motorwelle A9 ist antriebsseitig mittels eines Wellenlagers A13 am Gehäuse A4 gelagert. Das Wellenlager A13 ist als Rollenlager ausgeführt. Alternativ kann es als Gleitlager ausgeführt sein.
Der Rotor A3 umfasst einen abtriebsseitigen Außenläufer A10 und einen antriebsseitigen Außenläufer A1 1 , die jeweils eine zugehörige, axial nach innen gerichtete Außenverzahnung A10.1 bzw. A1 1 .1 aufweisen.
Im Bereich des Wellenlagers A13 ist der antriebsseitige Außenläufer A1 1 verstärkt ausgebildet, wodurch die Steifigkeit verbessert ist. Der Stator A2 ist ringförmig ausgebildet und umfasst eine Anzahl von Einzelsegmenten, die jeweils als ein Elektromagnet A6 ausgebildet sind. Die Elektromagneten A6 sind ringförmig angeordnet und sind Teil einer Magnetanordnung A5 zur Kommutierung der Motoranordnung A1 .
Die Magnetanordnung A5 umfasst zum einen die ringförmig angeordneten Elektromagneten A6 und eine zu der Anzahl von Elektromagneten A6 ungleiche Anzahl von Permanentmagneten A7.
Die Elektromagneten A6 und die Permanentmagneten A7 sind dabei derart zueinander angeordnet, dass ein geschlossener Magnetfluss AF1 mit axialer Magnetisierungsrichtung AR in einem Magnetfeld in zumindest einem der Elektromagneten A6 erzeugbar ist.
Die Permanentmagneten A7 sind dabei Teil eines Innenläufers A12, der als Zahnkranz mit einer zugehörigen axialen Außenverzahnung A12.1 ausgebildet ist. Der Innenläufer A12 weist im Querschnitt eine U-Form auf, wobei daraus resultierende Schenkel A12.3 radial nach außen gerichtet sind und im Raum zwischen den beiden Schenkeln A12.3 die
Elektromagneten A6 angeordnet sind. Die Schenkel A12.3 sind
außenseitig mit der Außenverzahnung A12.1 versehen.
Die axiale Außenverzahnung A12.1 des Innenläufers A12 kämmt dabei an zwei Stellen einer axialen Außenverzahnung des Rotors A3, nämlich einmal in der axialen Außenverzahnung A10.1 des Außenläufers A10 und einmal in der axialen Außenverzahnung A1 1 .1 des Außenläufers A1 1 . Die daraus resultierende neue Axialverzahnung von Rotor A3 und Stator A2 an mindestens zwei Stellen wird auch Doppelinnentaumel-Verzahnung genannt und ermöglicht durch die Verdopplung der Verzahnung einen hohen Zahneingriff. Die axiale Außenverzahnung A12.1 ist an beiden äußeren
Oberflächenseiten der Schenkel A12.3 vorgesehen und somit doppelt ausgebildet. Dabei kämmt eine jede der axialen
Außenverzahnungen A12.1 des Innenläufers A12 in einer
korrespondierenden axialen Außenverzahnung A10.1 , A1 1 .1 eines der, insbesondere des gegenüberliegenden Außenläufers A10 bzw. A1 1 .
Durch die axiale Magnetisierungsrichtung AR einzelner
Elektromagnete A6 wird darüber hinaus ein verbesserter Magnetfluss AF1 erzielt. Dabei führt der Innenläufer A12 eine axiale Taumelkreisbewegung aus, die fast vollständig frei von Unwucht ist und somit deutlich
geräuschreduziert ist.
Wie in Figur 1.1 gezeigt, ist der Innenläufer A12 als ein Zahnkranz oder Gierring mit einer nach innen gewölbten Innenseite A12.2 ausgebildet, die mittels des Taumellagers A8 auf dem Rotor A3 axial taumelnd gelagert ist.
Der Innenläufer A12 ist derart eingerichtet, dass er an mindestens zwei, insbesondere diagonal gegenüberliegenden Stellen des Rotors 3 kämmt. Hierzu ist der Innenläufer A12 mit zwei axialen Außenverzahnungen A12.1 versehen, die voneinander beabstandet sind und deren Zähne
voneinander weggerichtet sind. Korrespondierend dazu umfasst der Rotor A3 zwei Außenläufer A10, A1 1 , die voneinander beabstandet sind und die auf der zueinander gerichteten Oberflächenseite mit zugehörigen axialen Außenverzahnungen A10.1 , A1 1 .1 versehen sind.
In einer möglichen Ausführungsform weist der Innenläufer A12 im
Querschnitt eine U-Form auf, wobei dessen Schenkel A12.3 radial nach außen gerichtet sind und im Raum zwischen den Schenkeln A12.3 die Elektromagneten A6 angeordnet sind. Außenseitig an jedem
Schenkel A12.3 ist eine axiale Außenverzahnung A12.1 angeordnet. Die einzelnen ringförmig angeordneten Elektromagneten A6 des
Stators A2 sind vorzugsweise als Elektromagnetspulen ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 1.1 ist der jeweilige Elektromagnet A6 als ein Doppelelektromagnet mit zwei Magnethälften A6.1 mit zwei umlaufenden Wicklungen A6.2 ausgeführt. Die Elektromagneten 6 sind zwischen den Schenkeln A12.3 des Innenläufers A12 angeordnet.
Während der Kommutierung der Motoranordnung A1 wird ein Magnetfeld und somit ein Magnetfluss AF1 nur in einer der Magnethälften A6.1 mindestens einer der Elektromagneten A6 erzeugt, wobei in einem daraus resultierenden magnetisch aktiven Bereich A14 der betreffende
Schenkelbereich des Innenläufers A12 magnetisch angezogen wird und der betreffende Schenkelbereich und der betreffende Elektromagnet A6 gegebenenfalls mit einer Dämpfungsschicht, insbesondere mit einem Luftspalt A15, kontaktiert.
Durch die Erzeugung eines Magnetfeldes nur in einer der
Magnethälften A6.1 wird der geschlossene Magnetfluss AF1 infolge der axial und mittig nach innen verlaufenden Magnetisierungsrichtung AR nicht negativ beeinflusst.
Alternativ kann in zwei der Elektromagnete A6, insbesondere in einander gegenüber liegend angeordneten Elektromagneten A6, jeweils ein
Magnetfeld AF1 erzeugt werden. Hierzu sind zwei Induktionseinheiten vorgesehen, welche derart synchronisierbar sind, dass Magnetfelder und daraus resultierende Magnetflüsse AF1 gleichzeitig erzeugbar sind. Somit kann die doppelte Anzahl von Elektromagneten A6 aktiv sein, wodurch eine doppelte Energiedichte erzielt wird.
Darüber hinaus können die einzelnen Elektromagnete A6 oder deren Magnethälften A6.1 über einen Bus angesteuert werden. Der Elektromagnet A6 und somit die Magnethälften A6.1 können aus einem weichmagnetischen Sinter- und Pulververbundwerkstoff, einem magnetischen oder magnetisierbaren Feinblech oder aus einem Kunststoff enthaltend weichmagnetische Partikel gebildet sein.
Der Innenläufer A12 ist als ein Permanentmagnet ausgebildet, wie in Figur 1.1 gezeigt. Alternativ kann der Innenläufer A12 aus einem
weichmagnetischen Sinter- und Pulververbundwerkstoff, einem
magnetischen oder magnetisierbaren Feinblech oder aus einem Kunststoff enthaltend weichmagnetische Partikel gebildet sein; in diesem Fall umfasst der Innenläufer A12 zusätzlich außenseitig angeordnete oder integrierte Permanentmagneten A7, welche in Figuren I.3 und I.4 gezeigt sind.
Figur I.2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Motoranordnung A1 mit einem im Innenläufer A12 integrierten Permanentmagneten 7.
Figur I.3 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Motoranordnung A1 mit als Einzelmagnete ausgebildeten Elektromagneten A6 mit jeweils einer zugehörigen Wicklung A6.2.
Der Innenläufer A12 weist mittig eine vergrößerte Innenseite A12.2 auf, in welcher ein Permanentmagnet A7 integriert ist. Eine solche zentrierte Anordnung von integrierten Permanentmagneten A7 ermöglicht einen geschlossenen Magnetfluss AF1 über das Gehäuse A4 und den
magnetisierbaren Innenläufer A12.
Figur I.4 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform einer
Motoranordnung A1 mit als Einzelmagnete ausgebildeten
Elektromagneten A6 mit jeweils einer zugehörigen Wicklung A6.2. Der Innenläufer A12 oder Gierring ist dabei in einen Hohlraum im Bereich der Motorwelle A9 integriert.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Innenläufer A12 als ein Ring ausgeführt, auf welchem radial nach außen gerichtet mehrere
Permanentmagneten A7 angeordnet sind. Der kreisringförmige
Innenläufer A12 weist auf seinen axialen Stirnseiten die axiale
Außenverzahnung A12.1 auf, die in die axiale Außenverzahnung A10.1 oder A1 1 .1 des Rotors A3 eingreift. Hierdurch ist ein starker
geschlossener Magnetfluss AF1 gegeben.
Vorzugsweise weist diese Motoranordnung A1 zwölf ringförmig
angeordnete Elektromagneten A6 und vierzehn ebenfalls ringförmig auf dem Innenläufer A12 angeordnete Permanentmagneten A7 auf, wie dies in Figur I.5 gezeigt ist. Mit anderen Worten: Die Anzahl der
Elektromagneten A6 ist ungleich der Anzahl der Permanentmagneten A7. Hierdurch rotiert der Innenläufer A12 um einen Faktor 7 langsamer als das Magnetfeld AF1 .
Abhängig vom Aufbau der Motoranordnung A1 und der zu erzielenden Leistungen kann die Anzahl der verwendeten Elektromagnete A6 und im Verhältnis zu diesen die Anzahl der verwendeten Permanentmagnete A7 variieren, wobei die Anzahl beider nicht gleich ist. Hierdurch ist eine verbesserte Energiedichte und somit der Leistung zu Bauraum und eine Verbesserung des Geräuschverhaltens gegeben.
Die Motoranordnung A1 eignet sich insbesondere zur Verwendung als ein Stellantrieb, insbesondere ein Stellantrieb für einen Lehnenversteller oder für eine Schiene. Auch kann die Erfindung als separat gesteuerte Bremse, insbesondere Keilbremse für einen selbsthemmenden Antrieb verwendet werden. Figur 11.1 zeigt in Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel für eine alternative erfindungsgemäße Motoranordnung B1 , wobei aufgrund von Achsensymmetrie der Motoranordnung B1 und zur besseren
Übersichtlichkeit nur die obere Motorhälfte oberhalb einer Längsachse BL der Motoranordnung B1 dargestellt ist.
Einander entsprechende Teile der nachfolgend beschriebenen
alternativen Motoranordnungen B1 , B1 ' bis B1 VI" sind mit gleichen
Bezugszeichen versehen.
Die Motoranordnung B1 ist insbesondere als eine axiale
Planetengetriebemotoranordnung ausgeführt und wird beispielsweise für einen Lehnenversteller zur Verstellung einer Sitzlehne oder als ein Höhenverstellmotor eingesetzt.
Die Motoranordnung B1 umfasst einen au ßen liegenden Stator B2 und einen Rotor B3 sowie ein diese umgebendes Gehäuse B4. Das
Gehäuse B4 kann dabei mehrteilig ausgebildet sein und beispielsweise zwei Gehäusehälften, insbesondere einen Boden und einen Deckel, umfassen. Es kann aber auch mehr als zwei Gehäuseteile umfassen.
Der Stator B2 ist geteilt ausgebildet und umfasst zwei
Statorelemente B2.1 und B2.2, zwischen denen ein Wobbeielement B3.1 und ein innen laufendes, abtriebsseitiges Rotorelement B3.2 angeordnet sind. Das Wobbeielement B3.1 und das Rotorelement B3.2 sind ringförmig ausgeführt und werden auch als Wobbeiring bzw. Rotorring bezeichnet.
Der innen liegende Rotor B3 umfasst das Wobbeielement B3.1 und das abtriebsseitige Rotorelement B3.2, die jeweils eine zugehörige axiale Verzahnung BZ3.1 bzw. BZ3.2 aufweisen. Dabei ist die Verzahnung BZ3.1 des Wobbeielements B3.1 als eine in Axialrichtung BR der Motoranordnung B1 nach innen gerichtete
Innenverzahnung ausgebildet, in die die Verzahnung BZ3.2 des
Rotorelements B3.2 eingreift, die als eine in Axialrichtung BR der
Motoranordnung B1 nach außen gerichtete Außenverzahnung ausgebildet ist.
Die Motoranordnung B1 umfasst eine Motorwelle B5 (ohne Ritzelabtrieb und mit Formschluss zu einer nicht dargestellten Übertragungsstange), die den Rotor B3 und wie in der Figur 11.1 gezeigt zumindest das ringförmige Rotorelement B3.2 trägt. Im Bereich der Motorwelle B5 ist das
Rotorelement B3.2 verstärkt ausgebildet.
Jedes der Statorelemente B2.1 , B2.2 umfasst wiederum eine Anzahl von Einzelsegmenten, die jeweils als ein Elektromagnet B6 ausgebildet sind. Die Elektromagnete B6 sind ringförmig angeordnet, so dass auch die Statorelemente B2.1 und B2.2 ringförmig ausgebildet sind.
Die Elektromagnete B6 sind Teil einer Magnetanordnung zur
Kommutierung der Motoranordnung B1 . Die Elektromagnete B6 sind auf einer Platte B7 mit Domen für die Elektromagnete B6 angeordnet.
Zur Aktivierung der Elektromagnete B6 weisen diese Wicklungen B6.1 auf, die mit einer Steuerungselektronik B8 verbunden sind. Aufgrund der innen liegenden Anordnung des Rotors B3 und der außen liegenden Anordnung des Stators B2 ist die Steuerelektronik B8 einfach von außen zugänglich, so dass eine Direktkontaktierung durch das Gehäuse B4 möglich ist. Die Steuerelektronik B8 ist ebenfalls ringförmig ausgeführt.
Entgegen einer herkömmlichen Umpolung werden die Elektromagnete B6, insbesondere diagonal einander gegenüberliegende Elektromagnete B6 gleichzeitig aktuiert, d.h. eingeschaltet, und somit magnetisiert und wieder ausgeschaltet und somit entmagnetisiert. Hierdurch greift die
Verzahnung BZ3.1 des Wobbeielements B3.1 in die Verzahnung BZ3.2 des Rotorelements B3.2 an zwei diagonal gegenüberliegenden Stellen oder Kontaktzonen ein. Dies erfolgt umlaufend, so dass das
Wobbeielement B3.1 eine wobbelnde Bewegung in Axialrichtung BR nach links und rechts und gleichzeitig rotierend ausführt.
Bedingt durch die ineinander greifenden Verzahnungen BZ3.1 und BZ3.2 an zumindest zwei Stellen kann eine Lagerung des Wobbeielements B3.1 entfallen. Das Wobbeielement B3.1 ist wie beispielhaft in Figur 11.1 am Gehäuse B4 zur Drehmomentenkopplung abgestützt. Hierzu ist das Wobbeielement B3.1 im Schnitt u-förmig ausgebildet, wobei das äußere Ende des ringförmigen Rotorelements B3.2 zwischen den
gegenüberliegenden Schenkeln des Wobbeielements B3.1 angeordnet ist. Der geschlossene Boden des Wobbeielements B3.1 ist nach außen in Richtung des Gehäuses B4 gewölbt ausgebildet und die Innenseite ist hierzu korrespondierend nach innen gewölbt ausgeführt, so dass das Wobbeielement B3.1 eine wobbelnde Bewegung in Axialrichtung BR nach links und rechts ausführen kann.
Die Elektromagnete B6 und das Wobbeielement B3.1 sind dabei derart zueinander angeordnet, dass ein geschlossener Magnetfluss BF in einem Magnetfeld in zumindest dem magnetisierten Elektromagnet B6 erzeugbar ist.
Im Betrieb der Motoranordnung B1 wird bei umlaufender Magnetisierung zumindest einer oder bevorzugt mehrere der Elektromagnete B6 beider Statorelemente B2.1 und B2.2 derart ein- und ausgeschaltet, dass einander diagonal gegenüberliegende Elektromagnete 6 beider
Statorelemente B2.1 und B2.2 magnetisiert sind und direkt
gegenüberliegende Elektromagnete B6 des jeweils anderen
Statorelements B2.1 bzw. B2.2 nicht magnetisiert sind. Die Anzahl der gleichzeitig magnetisierbaren Elektromagnete B6 ist abhängig von der Gesamtanzahl der Elektromagnete B6 der Motoranordnung B1 , wobei mehrere nebeneinander liegende Elektromagnete B6 zur Erhöhung des Wirkungsgrades und der Leistungsausbeute gleichzeitig eingeschaltet werden.
Die Zähneanzahl der ineinander greifenden Verzahnungen BZ3.1 , B3.2 sind voneinander verschieden, so dass eine Untersetzung durch diese Zähnezahldifferenz der beiden kämmenden Zahnräder gegeben ist.
Im Ausführungsbeispiel nach Figur 11.1 ist der Elektromagnet B6 des Statorelements B2.1 magnetisiert, so dass das Wobbeielement B3.1 in Richtung des Statorelements B2.1 angezogen und geschwenkt wird und die Verzahnung BZ3.2 des Rotorelements B3.2 in die Verzahnung BZ3.1 des Wobbeielements B3.1 in Richtung des Statorelements B2.2 eingreift und kämmt. Durch die umlaufende Magnetisierung einzelner
Elektromagnete B6 führt das Wobbeielement B3.1 eine wobbelnde
Bewegung in Axialrichtung BR nach links und rechts aus.
Die Motoranordnung B1 mit dem innen liegendem Rotor B3 und dem außen liegenden, geteilten Stator B2 weist ein einstufiges Getriebe mit einer Axialverzahnung zwischen dem Wobbeielement B3.1 (= Wobbeiring) und dem Rotorelement B3.2 auf, wobei die axiale Innenverzahnung des Wobbeielements B3.1 an zwei sich diagonal gegenüberliegenden Stelle in die axiale Außenverzahnung des Rotorelements B3.2 eingreift und kämmt.
Figur II.2 zeigt schematisch in Schnittdarstellung ein alternatives
Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Motoranordnung B1 ' mit innen liegendem Rotor B3' und geteiltem Stator B2' mit einer
Axialverzahnung zwischen einem Rotorelement B3.2' und dem Stator B2'. Mit anderen Worten: In die Statorkontur ist eine axiale Verzahnung BZ2.1 ', BZ2.2' integriert. Dabei weist jedes Statorelement B2.1 ', B2.2' eine zugehörige, in Axialrichtung BR nach innen gerichtete Verzahnung BZ2.1 ', BZ2.2' auf, in welche die als axiale Außenverzahnung ausgebildete Verzahnung BZ3.2' des Rotorelements B3.2' an zumindest zwei Stellen eingreift und wobbelnd kämmt, so dass das Rotorelement B3.2' selbst die wobbelnde Bewegung in Axialrichtung BR ausführt.
Gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Figur II 1 entfällt das
Wobbeielement B3.1 . Das Rotorelement B3.2' ist auf der Motorwelle B5' in Axialrichtung BR nach links und nach rechts wobbelnd angeordnet. Für eine verdrehbare Drehmomentenkopplung des Rotorelements B3.2' auf der Motorwelle B5' weist diese im Kopplungsbereich eine Kugelform und eine Längsnutenausbildung auf. Hierzu sind die Motorwelle B5' und das auf der Motorwelle B5' angeordnete Rotorelement B3.2' entsprechend zueinander gewölbt ausgebildet und mit Längsnuten versehen. Dieses Ausführungsbeispiel eignet sich insbesondere für einen
Lehnenverstellantrieb, auch Recliner-Antrieb genannt.
Figur II.3 zeigt schematisch in einer Schnittdarstellung zwei weitere Ausführungsbeispiele für eine erfindungsgemäße Motoranordnung B1 ' und B1 " mit innen liegendem Rotor Β3', B3" und außen liegenden und geteiltem Stator B2' (doppelte/mehrteilige Ausführung des Stators) bzw. einfachem außen liegenden Stator B2" (einteilige Ausführung des Stators) mit Axialverzahnung zwischen einem eine wobbelnde Bewegung ausführenden Rotorelement B3.2', B3.2" und dem Stator Β2', B2" mit jeweils außen angeordneter und direkt von außen kontaktierbarer
Steuerelektronik Β8', B8".
In diesem Ausführungsbeispiel entfällt das Wobbeielement B3.1 gemäß Figur 11.1 . Das Rotorelement B3.2', B3.2" ist korrespondierend zu einem zugehörigen kugelförmigen Bereich der Motorwelle Β5', B5" gewölbt ausgeführt, so dass eine wobbelnde Bewegung des Rotorelements B3.2', B3.2" und eine kugelförmige Drehmomentmitnahme ermöglicht ist. Am Beispiel der Steuerelektronik B8' ist die Direktkontaktierung mittels eines Steckanschlusses B8.1 ' durch das Gehäuse B4' dargestellt.
Figuren II.4A bis II.4C zeigen schematisch in vergrößerter
Schnittdarstellung drei Ausführungsbeispiele für eine alternative
Motoranordnung B1 '" mit einem im Bereich zwischen dem
Rotorelement B3.2'" und der Motorwelle B5'" angeordneten, zumindest teilweise flexiblen Element B9'", so dass das Rotorelement B3.2'" nicht mehr auf der Motorwelle B5'" gelagert ist. Mittels des in
Umfangsrichtung BZ drehmomentsteif und in Wöbbel- oder
Axialrichtung BR nachgiebig oder deformierbar ausgebildeten, flexiblen Element B9'" ist eine wobbelnde Bewegung des Rotorelements B3.2'" ermöglicht. Mit anderen Worten: Anstelle der kugelförmigen
Drehmomentmitnahme gemäß Figur II.3 erfolgt hier die
Drehmomentmitnahme über das flexible Element B9'", welches fest am Ritzel B5.1 "' der Motorwelle B5 befestigt ist.
Figur II.4A zeigt in vergrößerter Darstellung das Element B9'", das als ein dünnes Stahlblech oder eine dünne Stahlmembran, insbesondere als ein ringförmiges Wellenblech, ausgeführt ist, welches zumindest mit einer Welle B9.1 "' versehen ist und an dem Ritzel B5.1 "' der Motorwelle B5'" befestigt ist. Bedingt durch die Wellenform ist das Element B9'"
drehmomentsteif in Umfangsrichtung BZ und nachgiebig und deformierbar in Wobbeirichtung und somit in Axialrichtung BR und in Grenzen zur Mitte hin.
In Figur II.4B ist zusätzlich der geschlossene Magnetfluss BF über ein drehendes Gehäuseteil B4.1 "' dargestellt. Darüber hinaus ist das
Gehäuse B4'" mehrteilig ausgeführt und umfasst die Gehäuseteile B4.1 "' bis B4.3'". Das Gehäuseteil B4.1 "' ist dabei fest an einem Ritzel B5.1 "' der Motorwelle B5'" angeordnet und rotiert gegenüber dem Gehäuseteil B4.2'" und ist mittels eines Lagers B10'" am Gehäuseteil B4.2 gelagert. Das Gehäuseteil B4.2'" ist über eine Verbindung B1 1 , z. B. eine
Bolzenverbindung oder Schraubverbindung, am Gehäuseteil B4.3'" zur Aufnahme von hohen Radialkräften von beispielsweise 20 N befestigt.
In Figur II.4C ist die Motoranordnung B1 "' als ein Außenläufermotor ausgeführt, der insbesondere Anwendung bei geringeren Radialkräften findet. Hierzu ist eine der Gehäusehälften B4.1 "' des Gehäuses B4'" mit der Motorwelle B5'" fest verbunden. Das Rotorelement B3.2'" ist über das in Wöbbel- oder Axialrichtung BR flexible Element B9'" ebenfalls fest mit der Motorwelle B5'" verbunden. Außen an der Gehäusehälfte B4.1 "' ist eine Außenverzahnung BZ4.1 '" vorgesehen. Die Gehäusehälfte B4.1 '" ist über ein Lager B10, z. B. ein Rollen-, Kugel-, Gleit- oder Reiblager, an der anderen Gehäusehälfte B4.2'" gelagert, das über eine
Bolzenverbindung B1 1 am Gehäuseteil B4.3'" befestigt ist.
Figur II.5 zeigt schematisch in einer Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Motoranordnung B1 IV mit einem Rotor B3IV und einem einfachen außen liegenden Stator B2IV mit korrespondierender Axialverzahnung zwischen dem Stator B2IV und dem Rotor B3IV, wobei die Axialverzahnung bedingt durch die Aktivierung nur eines der Elektromagnete B6 nur an einer Stelle oder Kontaktzone ineinander greift. Wie in Figur II.5 gezeigt, greifen die
Verzahnungen BZ2.1 IV und BZ3.2IV in der oberen Motorhälfte ineinander, wohingegen die gegenüberliegenden Verzahnungen der ringförmigen Komponenten außer Eingriff stehen.
Da anstelle eines herkömmlichen Umpolens die Elektromagnete B6 ein- und ausgeschaltet werden und somit weniger Wirbelströme auftreten, kann der Spulenkörper massiv ausgebildet sein. Der Stator B2IV ist für einen optimierten, geschlossenen Magnetfluss BF u-förmig und als ein tiefgezogenes, weichmagnetisches Blech mit Fließpress-Einsätzen für die Magnetwicklungen ausgebildet. Alternativ kann der Stator B2 als ein einteiliges Sinterteil ausgebildet sein. Auch können die Elemente als Kunststoff ummantelte Metall- oder Blechelemente ausgebildet sein. Das Element B9IV ist beispielsweise als ein ringförmiges Wellblech fest mit einem Ritzel B5.1 IV der Motorwelle B5IV verbunden.
Zusätzlich umfasst die Motoranordnung B1 IV ein Bremselement B12IV als Füllkörper, das als ein Blech ausgebildet ist und verdrehbar am
Ritzel B5.1 lv der Motorwelle B5IV gelagert sowie ausgewuchtet ist, so dass es entsprechend der Aktuierung einer der Elektromagnete B6 ebenfalls eine rotierende Bewegung ausführt. Das Bremselement B12IV ist insbesondere als ein Wellblech ausgebildet, welches eine
Bremskontur B12.1 lv aufweist. Die Bremskontur B12.1 lv ist, wie in
Figur II.6A gezeigt, als ein u-förmiges Blech ausgeführt.
Das der Bremskontur B12.1 lv gegenüberliegende Gehäuseteil B4.1 lv weist auf der Innenseite im Bereich des Bremselements B12IV eine zugehörige Stoppkontur B13IV auf. Im magnetisierten oder aktiven Zustand des Elektromagnets B2.1 lv greift das Bremselement B12IV nicht in die
Stoppkontur B13IV ein (siehe Figur II.6A). Wenn der Elektromagnet B6 ausgeschaltet ist, federt die als Stoppblech ausgebildete
Bremskontur B12.1 lv zurück Richtung Verzahnung. Der Eingriff mit Stopp erfolgt dann beim Bewegen/Ablaufen unter Last automatisch.
Im entmagnetisierten Zustand des Elektromagnets B2.1 IV greift das Bremselement B12IV zum Ablaufen stoppend in die Stoppkontur B13IV ein (siehe Figur II.6B). Hierzu ist die Stoppkontur B13IV beispielsweise mit einer Oberflächenstruktur versehen, z.B. mit einer Zahnstruktur, insbesondere einer Sägezahnstruktur.
Die Steuerelektronik B8IV ist außen am Stator B2IV angeordnet und direkt von außen über den Steckanschluss B8.1 IV kontaktierbar. Figur 11.7 zeigt schematisch in einer Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein flexibles Bremselement B12v, welches gleitend am Gehäuseinneren abläuft. Das flexible Bremselement B12v ist als ein Federelement (Hauptwellfeder) ausgeführt, das beim Ablaufen ein Rückfedern und somit eine Gegenkraft ohne Verkrallung oder Stopp wie beim Ausführungsbeispiel nach Figuren II.6A und II.6B ermöglicht.
Figur II.8 zeigt schematisch in Schnittdarstellung das Ausführungsbeispiel für das Bremselement B12IV gemäß Figuren II.6A, II.6B, welches außer Eingriff mit einer korrespondierende Stoppkontur B13IV am
Gehäuseinneren ist (= ein mittels Magnetkraft angehobenes Füll- oder Brems/Stoppelement B12IV). Das Bremselement B12IV ist als ein
Füllelement ausgeführt und folgt bei abwechselnd eingeschalteten
Elektromagneten B6 und drehenden Magnetfeldern den aktiven
Elektromagneten B6 mittels Zahneingriff und ermöglicht eine Brems- und Stoppfunktion.
Die in Figur II.5 dargestellte Motoranordnung B1 IV ist somit
selbsteinstellend, wenn die Elektromagnete B6 aktiv sind, aber im
Stillstand federn die Zähne außer Eingriff, was zu einer Beschädigung führen kann. Um das zu verhindern, wird das eventuell mitlaufende Bremselement B12IV als Füllkörper gebraucht, um die Nachführung im Betrieb zu ermöglichen.
Vor dem Start der Bewegung und nach Betätigen des Schalters, fragt die als Onboard-Elektronik ausgeführte, integrierte Steuerelektronik B8IV die Position des Rotors B3IV ab durch sequenzielles Überprüfen der
Spuleninduktivität, wobei der höchste Wert als ein Zahneingriff ermittelt wird. Die ermittelten und entsprechend liegenden Elektromagnete B6 werden aktiviert und das Bremselement B12IV und somit die Bremskontur B12.1 lv, wie in Figur B8 gezeigt, angehoben, so dass keine Kopplung und somit keine Reibung zum Gehäuse B4IV, z. B. dem Deckel, und somit zur Stoppkontur B13IV auftritt.
Bei Umlaufen der aktiven Elektromagnete B6 folgt der Füllkörper oder das Bremselement B12IV durch magnetische Anziehung und gleitet am
Rotorelement B3.2IV (= Rotor-Verzahnungsring) entlang (besondere Maßnahmen für optimales Gleiten).
Zum Stoppen der Motorbewegung wird der Füllkörper oder das
Bremselement B12IV durch Deaktivieren oder Ausschalten des
Elektromagneten B6 wieder abgesetzt.
Figur II.9 zeigt schematisch in einer Schnittdarstellung das
Ausführungsbeispiel für das Bremselement B12v gemäß Figur II 7, welches gleitend am Gehäuseinneren abläuft, wobei der Mechanismus des Anziehens und Abhebens des Bremselements B12v vom
Rotorelement B13v sowie Lösen und Absetzen des Bremselements B12v auf dem Rotorelement B13V analog wie unter Figur II.8 zum
Bremselement B12IV beschrieben erfolgt.
Figur 11.10 zeigt schematisch in einer Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Motoranordnung B1 VI mit einem Rotor B3VI und einem einfachen außen liegenden Stator B2VI mit einer Axialverzahnung zwischen einem Wobbeielement B3.1 VI und einem Rotorelement B3.2VI nur an einer Stelle (= Kontaktzone) und mit einer außen angeordneten und direkt von außen kontaktierbaren
Steuerelektronik B8VI. Für einen verbesserten Wirkungsgrad ist der Stator B2VI u-förmig ausgebildet. Zwischen den beiden Schenkeln des Stators B2VI und dem Elektromagnet B6 gegenüberliegend sind die Verzahnungen BZ3.1 und BZ3.2VI des Wobbeielements Β3.Γ' und des Rotorelements B3.2VI angeordnet, so dass zwei geschlossene Kreise für den Magnetfluss BF an der einen Kontaktzone oder Verzahnungsstelle gebildet sind.
Das Wobbeielement B3.1 VI ist zur Drehmomentmitnahme am
Gehäuse B4VI gleitend oder alternativ für eine reduzierte Reibung mittels Kugeln abgestützt und an der Motorwelle B5VI mittels Kugelführung geführt (keine Momentenmitnahme). Alternativ kann das
Wobbeielement B3.1 VI an der Motorwelle B5VI mittels einer Kugellagerung oder einer Rollreibung gelagert sein. Innen weist die Motorwelle B5VI eine Längsnutenausbildung zur formschlüssigen Anbindung einer nicht gezeigten Übertragungsstange auf.
Das Gehäuse B4VI weist zur Aufnahme und Abstützung von aufgrund der Wobbeibewegung auftretenden Axialkräften eine Verstärkung BV auf.
Die in Figur 11.1 0 gezeigte Motoranordnung B1 VI weist optimierte
Toleranzverhältnisse der beiden Verzahnungen BZ3.1 VI und BZ3.2VI zueinander und zur gesamten Anordnung auf.
Figur 11.11 zeigt schematisch in einer Schnittdarstellung ein
Ausführungsbeispiel für ein starr ausgebildetes Rotorelement B3.2' bis
Figur 11.12 zeigt schematisch in einer Schnittdarstellung ein alternatives Ausführungsbeispiel für ein flexibel ausgebildetes Rotorelement B3.2V", welches zumindest im Zentrum elastisch verformbar ausgebildet ist.
Gegenüber dem starren Rotorelement B3.2' bis B3.2VI mit einer aktiven Kontaktzone (= Zahneingriff) ist beim flexibel ausgebildeten
Rotorelement B3.2V" die Energiedichte und Leistungsausbringung erhöht. Zudem ist es auch möglich, mit Hilfe des flexiblen, elastischen
Rotorelements B3.2V" zwei Kontaktzonen zu erreichen.
Das flexibel ausgebildete Rotorelement B3.2V" erfordert eine an die Biegelinie angepasste Verzahnung und weist eine geeignete
Deformierbarkeit. Bei zwei Kontaktzonen oder -punkten und geradem Zähnezahlverhältnis ist eine 2-Zähne-Differenz nach einer
Wobbelumdrehung gegeben.
In einem Ausführungsbeispiel mit einem flexibel ausgebildeten
Rotorelement B3.2V" mit zwei Kontaktzonen ist das oben beschriebene Bremselement B1 2v" entsprechend mit zwei gegenüberliegenden
Funktionsarmen versehen.
Figur 11.13 zeigt schematisch in Draufsicht ein Ausführungsbeispiel für ein ringförmig und flexibel ausgebildetes Rotorelement B3.2VI" mit mehreren Einzelsegmenten B3.2n ohne äu ßerer Zahnkontur. Die Verbindung BV der Einzelsegmente B3.2n kann mittels Widerstandsschwei ßen oder
Laserschwei ßen erfolgen.
Das jeweilige Einzelsegment B3.2n ist als ein Sinter- oder Fließpressteil ausgeführt. Alternativ kann es als ein tiefgezogenes, weichmagnetisches Blech mit Fließpress-Einsätzen für die Wicklungen B6.1 VI" mit oder ohne Zahnkontur bereits im Metallgrundkörper ausgebildet sein.
Figuren 11.14 und 11.15 zeigen schematisch im Schnitt und in
perspektivischer Darstellung ein Einzelsegment B3.2n mit angrenzenden flexiblen Zonen Z (Ausgleichszonen) zwischen den
Einzelsegmenten B3.2n. Darüber hinaus kann die äu ßere Zahnkontur des Metallgrundkörpers BG mit Kunststoff BK umspritzt sein. Figur 11.16 zeigt schematisch in einer Schnittdarstellung ein
Ausführungsbeispiel für ein alternatives Bremselement B12, welches als integrierter Aktuator B14 ausgebildet ist.
Das oben beschriebene Bremsblech muss der Wobbeibewegung folgen können, ohne durch ungewünschten Kontakt den Motor und damit die Motoranordnung B1 zu blockieren. Figur 11.1 6 zeigt eine Alternative hierzu : Die Steuerung sorgt dafür, dass das Rotorelement B3.2 nur in einer Position stoppen kann (ist ausreichend genau und kann auch bei
Stromausfall z.B. durch Kondensatoren sichergestellt werden). Gegenüber von dieser Position ist der Elektromagnet B6 durch einen Aktuator B14 ersetzt, der - dann unbestromt - das Rotorelement B3.2 mit einem federbelasteten Pin, Stift oder Bolzen B14.1 gegen das Gehäuse B4, z. B. eine Deckelwand, drückt, wo z.B. eine Verzahnung oder eine andere geeignete Stoppkontur, insbesondere eine Zahnkontur mit Bremskontur, in Eingriff kommt. Kurz vor- und während des Betriebs sorgt der
Elektromagnet B6 oder ein anderer Magnet für ein Zurückfahren des Bolzens B14.1 .
Optional kann in nicht näher dargestellter Ausführungsform ein
Doppelmagnet für einen runden Lauf vorgesehen sein, wobei am Rotor eine Bohrung für einen Stift und axial dahinter ein Magnet für den Stift vorgesehen sind (analog zum Bolzen im Elektromagneten, wie oben beschrieben).
Eine solche Bremsausführung mit integriertem Aktuator B14 ist geeignet, um Crashlasten abzustützen, da sich die Kräfte auf die Verzahnung und den„Kurzschluss" (Kontaktzone) zum Gehäuse B4 verteilen.
Figur 11.17B zeigt schematisch in einer Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Bremselement B1 2, welches als eine alternative Verzahnungskontur mit partiellen Freischneidungen
ausgebildet ist.
Wie in den Figuren 11.11 und II.17A gezeigt und dazu beschrieben, bewirkt das Ausschalten des Stroms des magnetisierten
Elektromagneten B6 ein Rückfedern des Rotorrings oder -elements B3.2 in Richtung BRF, so dass dieser, insbesondere dessen Verzahnung BZ3.2 außer Eingriff gelangt. Damit kann es in am Umfang weiter entfernten Bereichen BB zu Zahnkopfkontakt und zu einer Beschädigung kommen. Das kann durch partielles Freischneiden dieser Bereiche BB verhindert werden (mehr Fläche im Eingriff). Diese dann erreichte stabile Position kann auch zum Verhindern von Ablaufen verwendet werden (ohne
Extrateile). Dabei kann ein leichtes Reiben der Zahnköpfe zum einfachen Bremsen in Kauf genommen werden. Darüber hinaus kann das Reiben, wenn sich die Zahnköpfe nach dem Rückfedern berühren, zur Erzeugung von gewünschter Reibung an dieser Stelle oder zur Bildung eines
Formschlusses genutzt werden.
Nachfolgend ist eine weitere alternative Motoranordnung C1 beschrieben.
Die Erfindung nach den Figuren 111.1 bis III.12B dient dazu nach
Abschalten des Stroms im ausgeschalteten Zustand einer in Figur 111.1 gezeigten Motoranordnung C1 und somit im Nichtbetrieb verbesserte Funktionen und verschiedene Anwendungen zu ermöglichen, wie beispielsweise:
1 . einen spielfreien Zahneingriff zu erhalten oder Auskuppeln zu ermöglichen (z. B. bei einem Fahrradantrieb),
2. ein Ablaufen zu verhindern (= Ablaufbremse beim Antrieb von nicht selbsthemmenden Mechanismen mit Lastfluss über einen Wobbeirotor, z. B. ein Wellblech) und/oder 3. Crashlasten besser aufnehmen zu können (Crash-Sperre für Antriebe, die direkt Crashlasten ausgesetzt sind, z. B. bei Gehäuse/Anschraubung zu Abtrieb).
Figur 111.1 zeigt in Explosionsdarstellung ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Motoranordnung C1 mit einer Motoreinheit C1 a, welche von einem mehrteiligen Gehäuse mit zwei Gehäuseteilen C4a, C4b umgeben ist. Das Gehäuse kann dabei mehrteilig ausgebildet sein und beispielsweise einen Boden und einen Deckel umfassen. Es kann aber auch mehr als zwei Gehäuseteile umfassen.
Die Motoranordnung C1 ist insbesondere als eine axiale
Planetengetriebemotoranordnung ausgeführt und wird beispielsweise als ein Antrieb für einen Lehnenversteller zur Verstellung einer Sitzlehne oder als ein Antrieb für einen Höhenversteller eingesetzt. Aufgrund des modularen Aufbaus ist die Motoranordnung C1 durch entsprechend gewählte Ausführung der Bremseinheit C1 b auch als ein Fahrradantrieb oder als ein Antrieb für einen Längsversteller einsetzbar.
Die Motoranordnung C1 umfasst einen au ßen liegenden Stator C2 und einen Rotor C3.
Der Stator C2 ist geteilt ausgebildet und umfasst einen Statorring C2.1 und eine Magnetanordnung C2.2, insbesondere einen Magnetring mit einer Anzahl von Einzelsegmenten C5, umfassend eine entsprechende Anzahl von Elektromagneten C6 mit Spulenwicklungen C6.1 (=
Elektromagnetspulen). Die Einzelsegmente C5 und somit die
Elektromagnete C6 sind ringförmig angeordnet. Die Elektromagnete C6 sind Teil der Magnetanordnung C2.2 zur Kommutierung der
Motoranordnung C1 . Dabei kann der jeweilige Elektromagnet C6 als ein einfacher Elektromagnet mit einer umlaufenden Wicklung ausgebildet sein. Alternativ kann der Elektromagnet als ein Doppelelektromagnet mit zwei Magnethälften und zwei umlaufenden Wicklungen versehen sein, wobei nur eine der Magnethälften magnetisierbar ist. Abhängig vom Aufbau der Motoranordnung C1 und der zu erzielenden Leistungen kann die Anzahl der verwendeten Elektromagnete C6 variieren. Hierdurch sind eine verbesserte Energiedichte und eine Verbesserung des
Geräuschverhaltens gegeben.
Darüber hinaus umfasst der Stator C2 einen Statorzahnring C2.3 mit einer in Richtung des Rotors C3 gerichteten Axialverzahnung CZ2.4.
Der innen liegende Rotor C3 umfasst ein insbesondere ringförmiges Rotorelement C3.1 (auch Wobbeielement oder Wobbeiring oder Rotorring genannt) und eine Abtriebswelle C3.2. Das abtriebsseitige
Rotorelement C3.1 weist eine in Richtung des Stators C2 gerichtete Axialverzahnung CZ3.3 auf.
Die Motoranordnung C1 umfasst die Abtriebswelle C3.2 (eine Motorwelle ohne Ritzelabtrieb und mit Formschluss zu einer nicht dargestellten Übertragungsstange), die den Rotor C3 und, wie in der Figur C1 gezeigt, zumindest das ringförmige Rotorelement C3.1 trägt.
Zur Aktivierung der Elektromagnete C6 weisen diese die
Spulenwicklungen C6.1 auf, die mit einer Steuerungselektronik C7 (in nicht näher dargestellter Art und Weise) verbunden sind. Die
Steuerungselektronik C7 ist im Stator C2 integriert und zwischen
Statorring C2.1 und Gehäuseteil C4a angeordnet. Aufgrund der außen liegenden Anordnung des Stators C2 ist die Steuerungselektronik C7 einfach von außen zugänglich, so dass eine Direktkontaktierung durch das Gehäuseteil C4a möglich ist. Die Steuerungselektronik C7 ist ebenfalls ringförmig ausgeführt. Im Betrieb der Motoranordnung C1 mit einem einstufigen Getriebe werden die Elektromagnete C6 umlaufend einzeln aktuiert. Hierdurch greift die Axialverzahnung CZ3.3 des Rotorelements C3.1 in die
Axialverzahnung CZ2.4 des Statorzahnrings C2.3 an einer Stelle oder Kontaktzone ein und kämmt, wohingegen die Verzahnungen an der gegenüberliegenden Stelle außer Eingriff stehen. Dies erfolgt umlaufend, so dass das Rotorelement C3.1 eine wobbelnde Bewegung um eine zur Längsachse CL geneigte, umlaufende Achse ausführt.
Bei einer nicht näher dargestellten, alternativen Motoranordnung mit einem zweistufigen Getriebe werden die Elektromagnete, insbesondere diagonal einander gegenüberliegende Elektromagnete gleichzeitig aktuiert, d.h. eingeschaltet, und somit magnetisiert und wieder
ausgeschaltet und somit entmagnetisiert. Hierdurch greift die
Verzahnung des Rotorelements in die Verzahnung des Statorzahnrings an zwei diagonal gegenüberliegenden Stellen oder Kontaktzonen ein. Dies erfolgt umlaufend, so dass bei dieser Ausführungsform der Rotor eine reine Rotationsbewegung um die Achse ausführt, während elastisch verformbare Zahnbereiche des Statorelements oder Statorzahnrings C2.3 eine im Wesentlichen axiale Schwingung in Achsrichtung der
Längsachse CL ausführen.
Im Bereich zwischen dem Rotorelement C3.1 und der Abtriebswelle C3.2 ist zumindest ein teilweise flexibles Element C8 angeordnet, so dass das Rotorelement C3.1 nicht mehr auf der Abtriebswelle C3.2 gelagert ist. Das flexible Element C8 ist beispielsweise als ein Wellenblech mit einer in Axialrichtung CR in Richtung des Rotorelements C3.1 abstehenden Welle C8.1 ausgebildet. Mittels des in Umfangsrichtung CZ
drehmomentsteif und in Axialrichtung CR nachgiebig oder deformierbar ausgebildeten, flexiblen Elements C8 ist eine rotierende Bewegung des Rotorelements C3.1 ermöglicht. Dabei erfolgt eine Drehmomentmitnahme über das flexible Element C8, welches am Ritzel C3.4 der
Abtriebswelle C3.2 befestigt ist.
Die Elektromagnete C6 und das Rotorelement C3.1 sind derart
zueinander angeordnet, dass ein geschlossener Magnetfluss CF in einem Magnetfeld in zumindest dem magnetisierten Elektromagnet C6 erzeugbar ist.
Im Betrieb der Motoranordnung C1 wird bei umlaufender Magnetisierung zumindest einer oder bevorzugt mehrere der Elektromagnete C6 der Magnetanordnung C2.2 derart ein- und ausgeschaltet, dass von zwei einander diagonal gegenüberliegenden Elektromagneten C6 der
Magnetanordnung C2.2 einer magnetisiert und der direkt
gegenüberliegende nicht magnetisiert sind. Da anstelle eines
herkömmlichen Umpolens die Elektromagnete C6 ein- und ausgeschaltet werden und somit weniger Wirbelströme auftreten, kann der Spulenkörper massiv ausgebildet sein.
Für einen optimierten geschlossenen Magnetfluss ist der Statorring C2.1 als ein Doppelring mit u-förmigen Längs- oder Axialschnitt ausgeführt. Der Statorring C2.1 kann als ein tiefgezogenes, weichmagnetisches Blech mit Fließpresseinsätzen für die Magnetwicklungen ausgebildet sein.
Die Anzahl der gleichzeitig magnetisierbaren Elektromagnete C6 ist abhängig von der Gesamtanzahl der Elektromagnete C6 der
Motoranordnung C1 , wobei mehrere nebeneinander liegende
Elektromagnete C6 zur Erhöhung des Wirkungsgrades und der
Leistungsausbeute gleichzeitig eingeschaltet werden.
Die Zähneanzahl der ineinander greifenden Axialverzahnungen CZ3.3, C2.4 ist voneinander verschieden, so dass eine Untersetzung, beispielsweise von 1 :95 durch diese Zähnezahldifferenz der beiden kämmenden Zahnräder gegeben ist.
Zur Erzielung einzelner oder mehrerer verschiedener der oben eingangs aufgeführten Anforderungen ist die Motoranordnung C1 modular aufgebaut aus einer Motoreinheit C1 a und optional aus einer
Bremseinheit C1 b, welche in Figur III.2 dargestellt ist.
Figur III .2 zeigt schematisch in Explosionsdarstellung eine weitere
Ausführungsform einer Motoranordnung C1 ' mit dem Modul
Motoreinheit C1 a und dem Modul Bremseinheit C1 b mit einfacher
Ablaufbremsfunktion ohne Überlastschutz (Crash-Sperre) für eine verbesserte Funktion nach Abschalten des Stroms und somit im
ausgeschalteten Zustand der Motoranordnung C1 '.
Mit anderen Worten: Die Motoranordnung C1 ' nach Figur III.2 umfasst zusätzlich die Bremseinheit C1 b mit einem Bremselement C9. Das
Bremselement C9 ist eine Klinke, die als Wippe mit zumindest einem Bremsbolzen C9.1 ausgebildet ist. Das Bremselement C9 ist um eine Drehwelle C9.2 verdrehbar am Gehäuse C4a und/oder C4b gelagert. Darüber hinaus weist der Statorring C2.1 in Richtung des
Bremselements C9 am äußeren radialen Rand zwei axial abstehende Verlängerungen C2.5', C2.5" als Magnetfeldverlängerungen auf, so dass es bei entsprechender Aktuierung einer der Elektromagnete C6, im
Beispiel bei einer Aktuierung des Elektromagnets C6' oder C6" zu einem Zusammenwirken mit dem Bremselement C9 kommt. Dabei führt das Bremselement C9 eine Schwenkbewegung in Richtung der
Verlängerung C2.5' bzw. C2.5" aus, wodurch der Bremsbolzen C9.1 mit einer umlaufenden, auf der zugewandten Oberflächenseite des
Rotorelements C3.1 angeordneten Bremsrippe C3.5 in bremsendem Eingriff kommt (bei eingeschaltetem Elektromagnet C6" und Schwenken in Richtung Verlängerung C2.5") oder außer Eingriff mit dieser kommt (bei eingeschaltetem Elektromagnet C6' und Schwenken in Richtung
Verlängerung C2.5').
Das Bremselement C9 dient als Ablaufbremse, welche spielfrei eingekuppelt werden kann. Hierzu umfasst die in Figur III.2 nicht dargestellte Steuerungselektronik C7 eine Flip-Flop-Ansteuerung des Bremselements C9, wodurch die Wipp- und Schwenkfunktion beim Ablaufbremsen unterstützt wird. Dabei erfolgt die Ansteuerung als stabile Endlagenansteuerung ohne Zwischenpositionen. Das heißt, nach kurzzeitig aktiviertem Elektromagneten C6" erfolgt - auch bei danach abgeschaltetem Strom - ein Abbremsen beim Bewegen/Ablaufen unter Last automatisch.
Zusätzlich umfasst das Rotorelement C3.1 im Ausführungsbeispiel nach Figur III.2 eine Anzahl von Abstützpins C10, welche in
korrespondierenden Nuten C1 1 der Abtriebswelle C3.2 anordenbar und somit abstützbar sind. Die Abtriebswelle C3.2 weist hierzu eine radiale Verlängerung C12 auf, die randseitig mit den korrespondierenden
Nuten C1 1 versehen ist. Im Ausführungsbeispiel nach Figur III.2 sind drei Abstützpins C10 vorgesehen, die symmetrisch verteilt angeordnet sind und mit einem Spiel/Luft an der Abtriebswelle C3.2 anordenbar sind, so dass im Normalfall das flexible Element C8 den Kraftfluss übernimmt. Ein Überlastschutz ist nur indirekt über die Ansteuerung des
Bremselements C9 durch eine Bolzensperre mittels der Abstützpins C10 ermöglicht.
Figuren III.3A und III.3B zeigen die Motoranordnung C1 ' in Draufsicht in verriegelter Position und somit bei eingeschaltetem Elektromagnet C6" und in Richtung der Verlängerung C2.5" geschwenktem
Bremselement C9, so dass eine Ablaufbremsfunktion durch Entlanglaufen des Bremsbolzens C9.1 auf der Bremsrippe C3.5 gegeben ist und ein Zahneingriff der Axialverzahnungen CZ2.4 und CZ3.3 auch ohne Strom gesichert ist. Dabei ist ein Zahneingriff nur an einer Stelle oder Position am Umfang ausreichend und präzise sowie leicht umzusetzen. Eine solche Motoranordnung C1 ' eignet sich insbesondere für einen Dreh- Lehnenversteller.
Figuren III.4A und III.4B zeigen die Motoranordnung C1 ' in Draufsicht in Laufposition und somit bei eingeschaltetem Elektromagnet C6' und in Richtung der Verlängerung C2.5' geschwenktem Bremselement C9, so dass der Bremsbolzen C9.1 außer Eingriff mit der Bremsrippe C3.5 kommt und die Axialverzahnungen CZ2.4 und CZ3.3 außer Eingriff kommen und somit freigegeben sind.
Figur III .5 zeigt eine Überlagerung der Figuren III 3B und III 4B und die leicht unterschiedliche Rotorstellung.
Figuren III.6A bis III.6B zeigen schematisch eine alternative
Ausführungsform einer Motoranordnung C1 " in Draufsicht mit einer Bremseinheit C1 b ohne Ablaufbremsfunktion und mit alternativem direktem Überlastschutz (Crash-Sperre).
Eine solche Motoranordnung C1 " eignet sich insbesondere für einen Taumel-Lehnenversteller, bei welchem nicht selbsthemmende
Mechanismen ablaufen, die vom Antrieb festgesetzt und somit gesperrt werden sollten.
Hierzu gibt es verschiedene Alternativen:
- das Restmoment der Motoranordnung C1 " und somit des Antriebs reicht als Bremsmoment aus, um ein Ablaufen insgesamt zu verhindern,
- Nachregeln durch kurzes, impulsmäßiges Einschalten des Antriebs.
Durch Abfragen der Induktivität der Spulenwicklungen C6.1 kann die Lage des Rotorelements C3.1 ermittelt werden. Das Ablaufen findet nur im Fahrbetrieb statt und kann präzise mittels der
Steuerungselektronik C7 ausgeglichen werden,
- Mechanische Haltevorrichtungen, wie z. B. Bolzen- oder
Klinkenverriegelungen vorzusehen.
In den Figuren III.6A bis III.1 1 weisen die dargestellten
Motoranordnungen C1 " bis C1 v verschiedenartige Bremseinheiten C1 b mit unterschiedlichen Bremsfunktionen auf.
Figuren III.6A und III.6B zeigen eine Bremseinheit C1 b mit einem alternativen Bremselement C9', das anstelle des Bremsbolzens C9.1 und der Bremsrippe C3.5 nach Figur III.2 eine Zahnklinke C9.3 aufweist, die stoppend und somit sperrend in ein korrespondierendes
Sperrelement C13 eingreift, wenn der Elektromagnet C6" eingeschaltet ist. Diese Bremseinheit C1 b ermöglicht einen bleibenden Zahneingriff der Axialverzahnungen CZ3.3 und CZ2.4 und eine Crashsperre ohne
Ablaufbremse nach Abschalten des Stroms.
Dabei zeigt die Figur III.6A die Motoranordnung C1 " in Draufsicht in verriegelter Position und somit bei eingeschaltetem Elektromagnet 6" und in Richtung der Verlängerung C2.5" geschwenktem Bremselement C9', so dass eine Crash-Sperre und ein Zahneingriff der
Axialverzahnungen CZ2.4 und CZ3.3 auch ohne Strom gesichert ist.
Figur III.6B zeigt die Motoranordnung C1 " in Draufsicht bei
eingeschaltetem Elektromagnet C6' und in Richtung der
Verlängerung C2.5' geschwenktem Bremselement C9\ so dass die Crash- Sperre geöffnet ist und die Motoranordnung C1 " sich in Laufposition befindet. Eine solche Motoranordnung C1 " eignet sich insbesondere für einen Taumeldreh-Lehnenversteller.
Figuren III.7A bis III.9B zeigen schematisch eine weitere alternative Ausführungsform einer Motoranordnung C1 '" in Draufsicht mit einer Bremseinheit C1 b mit Ablaufbremsfunktion und mit alternativem
Überlastschutz (Crash-Sperre). Für die Ablaufbremsfunktion umfasst die Bremseinheit C1 b das Bremselement C9 mit Bremsbolzen C9.1 und korrespondierender, umlaufend abstehender Bremsrippe C3.5 am
Rotorelement C3.1 . Zusätzlich umfasst die Bremseinheit C1 b ein alternatives Sperrelement C13' mit korrespondierend zum
Bremsbolzen C9.1 ausgebildeter Außenverzahnung, so dass der
Bremsbolzen C9.1 sowohl der Ablaufbremsfunktion als auch dem
Überlastschutz dient. In dieser Ausführungsform umfasst die
Motoranordnung C1 "' zwei voneinander beabstandete, ringförmige
Führungsplatten C14, welche mit korrespondierenden
Ausnehmungen C15, z.B. bogenförmige Nut C15.1 , Schlitze C15.2, für den Bremsbolzen C9.1 bzw. die Verlängerungen C2.5' und C2.5" versehen sind.
Figuren III.7A und III.7B zeigen die Motoranordnung C1 '" in Draufsicht in verriegelter Position und somit bei eingeschaltetem Elektromagnet C6" und in Richtung der Verlängerung C2.5" geschwenktem
Bremselement C9", so dass eine Ablaufbremsfunktion durch
Entlanglaufen des Bremsbolzens 9.1 auf der Bremsrippe C3.5 gegeben ist und ein Zahneingriff der Axialverzahnungen CZ2.4 und CZ3.3 auch ohne Strom gesichert ist.
Figur III .8 zeigt eine Schnittdarstellung der Motoranordnung C1 "' in verriegelter Position, wobei aufgrund von Achsensymmetrie der
Motoranordnung C1 "' und zur besseren Übersichtlichkeit nur die obere Motorhälfte oberhalb einer Längsachse CL der Motoranordnung C1 dargestellt ist.
Figuren III.9A und III.9B zeigen die Motoranordnung C1 '" in Draufsicht in Laufposition und somit bei eingeschaltetem Elektromagnet C6' und in Richtung der Verlängerung C2.5' geschwenktem Bremselement C9", so dass der Bremsbolzen C9.1 außer Eingriff mit der Bremsrippe C3.5 kommt und die Axialverzahnungen CZ2.4 und CZ3.3 auch außer Eingriff kommen und somit freigegeben sind.
Figuren III.10A bis III.10B zeigen schematisch eine weitere alternative Ausführungsform einer Motoranordnung C1 IV in Draufsicht mit einer Bremseinheit C1 b mit alternativer, insbesondere schwächerer
Ablaufbremsfunktion als die bereits beschriebenen Ablaufbremsfunktionen und ohne Überlastschutz (Crash-Sperre).
Das Bremselement C9, C9' oder C9" entfällt in dieser Ausführungsform. Die Bremseinheit C1 b ist in dieser Ausführungsform im Stator C2 integriert. Hierzu sind in der Magnetanordnung C2.2, insbesondere in der Spulenwicklung C6.1 (auch Spulenkörper bei massiver Ausbildung genannt) Permanentmagnete C16 angeordnet, welche im dafür
vorgesehenen axial verlaufenden Durchgang C17 axial beweglich sind.
Im Betrieb der Motoranordnung C1 IV wird der Permanentmagnet C16 des jeweiligen Einzelsegments durch den angelegten Strom in Richtung des Statorrings C2.1 und somit am Stahl-Magnetfeldformer gehalten.
Beim Abschalten der Spannung und somit des Stroms wird der
betreffende Elektromagnet C6 kurz umgepolt, so dass der
Permanentmagnet C16 in Richtung des Rotorelements C3.1 im
Durchgang C17 bis zum Anschlag axial bewegt wird, so dass der Stator C2, insbesondere dessen Axialverzahnung CZ2.4, im Eingriff bleibt. Das bewirkt eine geringe Bremswirkung, die gegen ein Ablaufen reicht.
Je nach gewünschter Bremswirkung oder Anwendung können ein, zwei oder mehrere Permanentmagneten C1 6 vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich können der oder die Permanentmagnete C1 6 mit einem vorgegebenen Querschnitt oder einer vorgegebenen Au ßenkontur versehen sein, um eine Verdrehsicherung oder deutlich höhere
Anziehungskräfte zu erzielen. Beispielsweise können der oder die
Permanentmagneten C1 6 eine Zahnnegativkontur aufweisen, um dichter an den Rotor C3 zu gelangen.
Figuren 111.11 bis III.12B zeigen schematisch eine weitere alternative Ausführungsform einer einfachen Motoranordnung C1 v im Längsschnitt und in Explosionsdarstellung mit einer Bremseinheit C1 b ohne
Ablaufbremsfunktion und ohne Überlastschutz (Crash-Sperre) und einem einfachen Stator C2' ohne U-Form aufgrund direkten Magnetflusses.
Bei der Motoranordnung C1 v entfällt der Statorring C2.1 . Die
Motoranordnung C1 v umfasst als Stator C2' einen alternativen
Statorzahnring C2.3' und eine alternative Magnetanordnung C2.2'. Der Statorzahnring C2.3' weist auf der von der Axialverzahnung CZ2.4 abgewandten Oberflächenseite eine Anzahl von Vertiefungen C1 7.1 auf, in welche zumindest eine der bolzenförmigen Verlängerungen C1 8 der Elektromagnete C6 der Magnetanordnung C2.2' bei entsprechender Steuerung mittels der Steuerungselektronik C7 in eine der
korrespondierenden Vertiefungen C1 7.1 des Statorzahnringes C2.3' eingreifen.
Figur 111.11 zeigt aufgrund von Achsensymmetrie der
Motoranordnung C1 v und zur besseren Übersichtlichkeit nur die obere Motorhälfte oberhalb einer Längsachse CL der Motoranordnung C1 v mit in die zugeordnete Vertiefungen C17.1 eingreifender Verlängerung C18. Dementsprechend wäre die diagonal gegenüberliegende und nicht dargestellte Verlängerung C18 des Elektromagnets C6 außer Eingriff.
Der Rotor C3 mit der Abtriebswelle C3.2, in welche eine nicht dargestellte Durchgangsstange eingreift, ist mittels eines Gleitlagers C19 im Stator C2' gelagert. Die Magnetanordnung C2.2' ist im Gehäuse gehalten, bietet in ihrem Inneren Bauraum für Teile C20 der Steuerelektronik C7 und umfasst eine Halteplatte C21 , auf welcher die Einzelsegmente C5 ringförmig angeordnet sind.
Figuren III.12A und III.12B zeigt die Motoranordnung C1 v gemäß Figur 111.1 1 in Explosionsdarstellung leicht schräg von vorne bzw. von hinten. Im Betrieb der Motoranordnung C1 v mit dem dargestellten einstufigen Getriebe werden die Elektromagnete C6 umlaufend einzeln aktuiert.
Hierdurch greift die Axialverzahnung CZ2.4 des Statorzahnrings C2.3 in die Axialverzahnung CZ3.3 des Rotorelements C3.1 an einer Stelle oder Kontaktzone ein und kämmt, wohingegen die Verzahnungen an der gegenüberliegenden Stelle außer Eingriff stehen. Dies erfolgt umlaufend, so dass der Statorzahnring C2.3 eine wobbelnde Bewegung in
Axialrichtung CR nach links und rechts ausführt. Mit anderen Worten: Es erfolgt eine direkte Kraftübertragung mittels der bolzenförmigen
Verlängerungen C18, die die räumliche Wobbeibewegung des
Statorzahnrings C2.3 zulassen, dessen Rotation um die Achse CR jedoch verhindern, und somit die Drehmomentenabstützung zum Gehäuse sicherstellen.
Nach Abschalten der Spannung und somit im Nichtbetrieb der
Motoranordnung C1 v können durch Einschalten einer der
Elektromagneten C6 die Axialverzahnungen CZ2.4 und CZ3.3 an mindestens einer Position oder Kontaktstelle weiterhin im Eingriff verbleiben. Diese Motoranordnung C1 weist keine Ablaufbremse oder Crash-Sperre auf und eignet sich insbesondere für einen Dreh-Lehnenversteller.
Die beschriebenen Motoranordnungen C1 bis C1 v sind modular aufgebaut und weisen je nach Anwendungsfall eine entsprechend ausgebildete Motoreinheit C1 a und/oder eine entsprechend ausgebildete
Bremseinheit C1 b auf, welche miteinander koppelbar sind, so dass diese verschiedene Antriebsfunktionen und/oder Bremsfunktionen ermöglichen. Darüber hinaus können diese Motoranordnungen C1 bis C1 v durch Anpassung der integrierten Steuerungselektronik C7 individualisiert werden.
Bezugszeichenliste
A1 Motoranordnung
A2 Stator
A3 Rotor
A4 Gehäuse
A5 Magnetanordnung
A6 Elektromagnet
A6.1 Magnethälften
A6.2 Wicklungen
A7 Permanentmagnet
A8 Taumellager
A9 Motorwelle
A10 abtriebsseitiger Außenläufer
A10.1 Außenverzahnung
A1 1 antriebsseitiger Außenläufer
A1 1 .1 Außenverzahnung
A12 Innenläufer
A12.1 Außenverzahnung
A12.2 Innenseite
A12.3 Schenkel
A13 Wellenlager
A14 aktiver Bereich
A15 Luftspalt
AF1 Magnetfluss
AR Magnetisierungsrichtung B1'...B1VI" Motoranordnung
B2\..B2VI" Stator
B2.1, B2.2... B2.1',B2.2VI" Statorelerr
B3'...B3VI" Rotor
B3.1',B3.1VI Wobbeielement
B3.2'...B3.2VI" Rotorelement
B4'...B4vm Gehäuse
Β4.1'...Β4.3', ... , B4.1VI" ... B 4.3VI" Gehäuseteile
B5'...B5VI" Motorwelle
B6'...B6VIM Elektromagnet
B7'...B7VI" Platte
B8'...B8VI" Steuerelektronik
B8.r...B8.1vl" Steckanschluss
B9'" Element
BIO'" Lager
B1V" Verbindung
B12IV... B12VI" Bremselement
B12.1IV... B 12.1 I" Bremskontur
B13IV... B13VI" Stoppkontur
B14 Aktuator
B14.1 Bolzen
BB Bereiche
BF Magnetfluss
BG Metallgrundkörper
BK Kunststoff
BL Längsachse
BR Axialrichtung
BRF Richtung des Rückfederns
BV Verbindung
BZ Zone BZ3.1 , Z3.2 Verzahnung
BZ4.1 '" Außenverzahnung
C1 bis C1 v Motoranordnung
C1 a Motoreinheit
C1 b Bremseinheit
C2 bis C2' Stator
C2.1 Statorring
C2.2 Elektromagnetanordnung
C2.3 Statorzahnring
CZ2.4 Axialverzahnung des Statorzahnringi
C2.5', C2.5" axiale Verlängerung des Statorrings
C3 Rotor
C3.1 Rotorelement
C3.2 Abtriebswelle
CZ3.3 Axialverzahnung des Rotorelements
C3.4 Ritzel
C3.5 Bremsrippe
C4a, C4b Gehäuseteile
C5 Einzelsegmente
C6, C6', C6" Elektromagnet
C6.1 Spulenwicklung
C7 Steuerungselektronik
C8 flexibles Element, Wellenblech
C8.1 Welle
C9, C9', C9" Bremselement
C9.1 Bremsbolzen
C9.2 Drehwelle
C9.3 Zahnklinke
C10 Abstützpin
C1 1 Nuten C12 radiale Verlängerung
C13, C13' Sperrelement
C14 Führungsplatten
C15 Ausnehmungen
C15.1 bogenförmige Nut
C15.2 Schlitz
C16 Permanentmagnet
C17 Durchgang
C17.1 Vertiefung
C18 Verlängerung des Elektromagnets
C19 Gleitlager
C20 Führungsringe
C21 Halteplatte
CF geschlossener Magnetfluss CL Längsachse
CR Axial richtung

Claims

Ansprüche
1 . Motoranordnung (A1 ), insbesondere eine
Planetengetriebemotoranordnung, umfassend:
- einen Stator (A2) und einen Rotor (A3) sowie ein diese
umgebendes Gehäuse (A4), wobei
- der Stator (A2) aus einer Magnetanordnung (A5) gebildet ist, die eine Anzahl von ringförmig angeordneten Elektromagneten (A6) und eine zu der Anzahl von Elektromagneten (A6) ungleiche Anzahl von Permanentmagneten (A7) aufweist, die derart zueinander angeordnet sind, dass ein geschlossener Magnetfluss (AF1 ) mit axialer Magnetisierungsrichtung (AR) in einem Magnetfeld in zumindest einem der Elektromagneten (A6) erzeugbar ist, wobei - ein mit einer axialen Außenverzahnung (A12.1 ) versehener Innenläufer (A12) oder Zahnkranz als Teil des Stators (A2) in mindestens einer axialen Außenverzahnung (A10.1 , A1 1 .1 ) des Rotors (A3) kämmt.
2. Motoranordnung (A1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Innenläufer (A12) derart eingerichtet ist, dass er an mindestens zwei, insbesondere diagonal gegenüberliegenden Stellen des Rotors (3) kämmt.'
3. Motoranordnung (A1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Innenläufer (A12) mit zwei axialen Außenverzahnungen (A12.1 ) versehen ist, die voneinander beabstandet sind und deren Zähne voneinander weggerichtet sind.
4. Motoranordnung (A1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (A3) zwei
Außenläufer (A10, A1 1 ) umfasst, die voneinander beabstandet sind und die auf der zueinander gerichteten Oberflächenseite mit zugehörigen axialen Außenverzahnungen (A10.1 , A1 1 .1 ) versehen sind.
5. Motoranordnung (A1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenläufer (A12) im Querschnitt eine U-Form aufweist, wobei dessen Schenkel (A12.3) radial nach außen gerichtet sind und im Raum zwischen den
Schenkeln (A12.3) die Elektromagneten (A6) angeordnet sind, wobei außenseitig an jedem Schenkel (A12.3) eine axiale
Außenverzahnung (A12.1 ) angeordnet ist.
6. Motoranordnung (B1 ' bis B1 Vl"), insbesondere einer
Planetengetriebemotoranordnung, umfassend
- eine Motorwelle (B5' bis B5VI"),
- einen, insbesondere außen liegenden Stator (B2' bis B2VI") und einen, insbesondere innen liegenden Rotor (B3' bis B3VI") sowie ein diese umgebendes Gehäuse (B4' bis B4VI"), wobei
- der Stator (Β2' bis B2VI") aus einer Magnetanordnung (1 ' bis 1 VIM) gebildet ist, die eine Anzahl von ringförmig angeordneten
Elektromagneten (Β6' bis B6VI") und zumindest einen
Permanentmagnet (Wobbeielement B3.1 ', B3.1 IV,
Rotorelement B3.2' bis B3.2VI") aufweist, die derart zueinander angeordnet sind, dass ein geschlossener Magnetfluss (BF) mit axialer Magnetisierungsrichtung (BR) in einem Magnetfeld in zumindest einem der Elektromagneten (Β6' bis B6VI") erzeugbar ist, wobei
- die Motoranordnung (B1 ' bis B1 Vl") mit einem einstufigen Getriebe derart ausgebildet ist, dass der mit einer axialen
Außenverzahnung (BZ2.1 , BZ2.2, BZ3.1 ) versehener Stator (Β2' bis B2VI") oder das Wobbeielement (B3.1 ', B3.1 lv) in mindestens einer axialen Außenverzahnung (BZ3.2) des Rotors (Β3' bis B3VI") kämmt, wobei - zwischen dem Rotor (B3' bis B3 ) und der Motorwelle (Β5' bis B5VI") an einem Ritzel (B5.1 ' bis B5.1 VI") ein zumindest teilweise flexibles Element () angeordnet ist und/oder
- zwischen dem Rotor (B3' bis B3VI") und der Motorwelle (Β5' bis B5VI") an einem Ritzel (B5.1 ' bis B5.1 VI") ein Bremselement (B12IV bis B12vm) angeordnet ist.
7. Motoranordnung (B1 ' bis B1 Vl") nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Element (B9m) derart ausgebildet ist, dass es dremomentsteif in Umfangsrichtung und deformierbar in Axialrichtung (R) ausgebildet ist.
8. Motoranordnung (B1 ' bis B1 Vl") nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Element (B9m) als ein dünnes Stahlblech oder eine dünne Stahlmembran oder ein
Wellblech ausgebildet ist.
9. Motoranordnung (B1 ' bis B1 Vl") nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremselement (B12IV bis B12VI") als ein Füllkörper und/oder als ein Wellblech ausgebildet ist, das verdrehbar am Ritzel (B5.1 ' bis B5.1 VI") angeordnet ist.
10. Motoranordnung (B1 ' bis B1 Vl") nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wobbeielement (B3.1 ' bis B3.1 VI) zwischen mindestens einem Statorelement (Β2' bis B2VI") und einem Rotorelement (B3.2' bis B3.2VI") vorgesehen ist, wobei das Wobbeielement (B3.1 ' bis B3.1 VI) mindestens zwei
Verzahnungen (B3.1 , B3.2) aufweist, die in
Außenverzahnungen (BZ4.1 ) des Rotorelements (B3.2' bis B3.2VI") kämmen.
1 1 . Motoranordnung (C1 bis C1 ), insbesondere einer
Planetengetriebemotoranordnung, umfassend
- eine Motoreinheit (C1 a) mit einem Stator (C2 bis C2'), einem Rotor (C3), einem mindestens einstufigen Getriebe mit einer Axialverzahnung (CZ2.4, CZ3.3) zwischen dem Stator (C2 bis C2') und dem Rotor (C3) und einer integrierten
Steuerungselektronik (C7) und
- ein Bremseinheit (C1 b) zumindest für eine Bremsung gegen ein Ablaufen der Motoreinheit (C1 a),
- wobei die Motoreinheit (C1 a) und die Bremseinheit (C1 b) separat ausgebildet und miteinander koppelbar sind.
12. Motoranordnung (C1 bis C1 v) nach Anspruch 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Motoreinheit (C1 a) und die Bremseinheit (C1 b) jeweils modular ausgebildet sind, wobei die Motoreinheit (C1 a) und die Bremseinheit (C1 b) jeweils individuell an vorgegebenen Motoranforderungen und/oder Bremsfunktionen angepasst und aufgebaut sind.
13. Motoranordnung (C1 bis C1 v) nach Anspruch 1 1 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die Motoreinheit (C1 a) als ein Modul aus dem Stator (C2 bis C2'), dem Rotor (C3), der integrierten Steuerungselektronik (C7) und mit einem ein- oder zweistufigen Getriebe ausgebildet ist.
14. Motoranordnung (C1 bis C1 v) nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinheit (C1 b) als ein Modul mit mindestens einer Bremsfunktion, insbesondere mit einer Zahneingrifffunktion, einer Ablaufbremsfunktion und/oder einer Sperrfunktion ausgebildet ist.
15. Motoranordnung (C1 bis C1 ) nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinheit (C1 b) zumindest teilintegriert ausgeführt ist, wobei zumindest eine Komponente Teil der Motoreinheit (C1 a) ist.
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