Beschreibung:

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit Winkelsensor und elektromagnetisch betätigbarer Bremse.

Es ist allgemein bekannt, dass ein Elektromotor durch eine Bremse abbremsbar ist, also durch Aktivierung der Bremse dem Rotor des Elektromotors Reibmoment zuführbar ist.

Aus der DE 10 2010 045447 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik ein Elektromotor bekannt.

Aus der DE 102008 020 513 A1 ist ein Belagträger bekannt.

Aus der EP 2 623 815 B1 ist eine Federdruckbremse mit einem Magnetgehäuse bekannt.

Aus der EP 0 077 032 A1 ist ein Scheibenbremsmotor bekannt.

Aus der DE 10 2016 002 387 A1 ist eine Sensoranordnung bekannt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Elektromotoren kompakt und kostengünstig herstellbar auszuführen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Elektromotor nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

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

Von Vorteil ist dabei, dass der Magnetkörper Stufen aufweist, von denen nur eine zur Zentrierung des Winkelsensors, insbesondere des Basisteils des Winkelsensors, verwendet wird. Eine andere der Stufen ist also ungenutzt, kann aber bei Herstellung eines Motors, der einen anderen Winkelsensor aufweist, genutzt werden, wobei dann die erstgenannte Stufe ungenutzt ist.

Somit bietet die Erfindung die Möglichkeit, unterschiedliche Varianten von Elektromotoren einer Elektromotorenbaureihe herzustellen, wobei die Varianten sich zumindest in dem jeweiligen Winkelsensor oder dessen Basisteil unterscheiden. Ein Adapter ist somit für den Anbau des Winkelsensors nicht notwendig und daher ist der Elektromotor kompakt ausführbar.

Vorteiligerweise ist der Dombereich, in welchem die Stufen eingebracht sind, nicht vom Hauptfeld der Spule der Bremse durchflutet. Die Stufen sind mittels einer Stufenbohrung eingebracht, welche in den Dombereich eingebracht ist. Somit beeinflusst die Stufenbohrung das Hauptfeld nicht; trotzdem ist aber der Dombereich aus einem Stück mit dem restlichen Magnetkörper ausgebildet und somit ist kein separates Teil zur Anbindung des stationären Teils des Winkelsensors notwendig.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Basisteil von zumindest einer anderen der Stufen der Stufenbohrung beabstandet. Von Vorteil ist dabei, dass unterschiedlich große Basisteile verbindbar sind mit dem Magnetkörper. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in einer, zwei oder mehr Stufenwänden der Stufenbohrung eine Axialnut eingebracht, in welche eine nach radial außen am Basisteil hervorragende Nasenbereich des Basisteils hineinragt. Von Vorteil ist dabei, dass eine Abstützung in Umfangsrichtung direkt am Magnetkörper vorsehbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Rotorteil des Winkelsensors drehfest mit dem Rotor des Elektromotors verbunden und ein Statorteil des Winkelsensors ist drehfest mit dem Basisteil verbunden oder das Basisteil fungiert als Statorteil des Winkelsensors. Von Vorteil ist dabei, dass der Winkelsensor auf der von der Statorwicklung des Elektromotors abgewandten Seite anordenbar ist. Somit fungiert der Magnetkörper als Drehmomentstütze für den Winkelsensor.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Winkelsensor geeignet ausgeführt, die Winkellage des Rotors des Elektromotors zu erfassen. Von Vorteil ist dabei, dass ein Winkelsensor in den Elektromotor integrierbar ist, insbesondere an den Magnetkörper anbaubar und somit kompakt verbindbar.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Elektromotor ein Statorgehäuse auf, wobei ein erster Lagerflansch mit dem Statorgehäuse verbunden ist und ein zweiter Lagerflansch mit dem Statorgehäuse verbunden ist, wobei der erste Lagerflansch vom zweiten Lagerflansch beabstandet ist, wobei im ersten Lagerflansch ein erstes Lager zur drehbaren Lagerung des Rotors aufgenommen ist, wobei im zweiten Lagerflansch ein zweites Lager zur drehbaren Lagerung des Rotors aufgenommen ist, wobei der Magnetkörper mit dem ersten Lagerflansch drehfest verbunden ist, wobei der erste Lagerflansch eine als Bremsfläche fungierende, ebene, insbesondere fein bearbeitete Fläche aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass am Lagerflansch eine Bremsfläche ausbildbar ist und somit die Reibwärme der Bremse über den Lagerflansch an die Umgebung abführbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist auf den Rotor ein ringförmiger Mitnehmer aufgesteckt und drehfest mit dem Rotor verbunden, wobei der Mitnehmer eine Außenverzahnung aufweist, wobei ein Bremsbelagträger auf den Mitnehmer aufgesteckt ist und seine Innenverzahnung im Eingriff ist mit der Außenverzahnung des Mitnehmers, so dass der Bremsbelagträger in axialer Richtung relativ zum Mitnehmer bewegbar angeordnet ist und der Bremsbelagträger drehfest mit dem Mitnehmer verbunden ist, wobei eine ferromagnetische Ankerscheibe axial zwischen dem Bremsbelagträger und dem Magnetkörper angeordnet ist, wobei am Magnetkörper abgestützte Federelemente auf die Ankerscheibe drücken, wobei die Ankerscheibe in axialer Richtung bewegbar angeordnet ist und drehfest mit dem Magnetkörper verbunden ist, insbesondere wobei der Bremsbelagträger in axialer Richtung zwischen der Bremsfläche und der Ankerscheibe angeordnet ist, insbesondere wobei im Magnetkörper Bolzen befestigt sind, welche durch Ausnehmungen der Ankerscheibe axial hindurchragen, insbesondere als Führung der Ankerscheibe. Von Vorteil ist dabei, dass bei Stromausfall eine automatische Aktivierung der Bremse erfolgt. Dabei ist erfindungsgemäß der zur Umlenkung des Magnetfelds der Spule der Bremse notwendige Magnetkörper mittels des an ihm ausgeformten Dombereich axial verlängert und dadurch eine kompakte Anbindung des Winkelsensors ermöglicht, ohne das Hauptfeld der Spule zu stören. Eine erhöhte Sicherheit sowie kompakte Ausführung ist somit erreicht.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Bremse derart ausgeführt, dass bei Bestromung der Spule die Ankerscheibe entgegen der von den Federelementen erzeugten Federkraft zum Magnetkörper hingezogen wird und bei Nichtbestromung der Spule die Ankerscheibe von den Federelementen auf den Bremsbelagträger gedrückt wird, so dass der Bremsbelagträger gegen die Bremsfläche gedrückt wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Bremse elektromagnetisch aktivierbar ist und bei Nichtbestromung einfällt. Somit ist die Sicherheit erhöht.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Bremsbelagträger axial beidseitig Bremsbeläge auf, insbesondere wobei ein erster Bremsbelag auf der der Ankerscheibe zugewandten Seite des Bremsbelagträgers angeordnet ist und ein zweiter Bremsbelag auf der der Bremsfläche zugewandten Seite des Bremsbelagträgers angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine kostengünstige Ausführung ermöglicht ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der von der Spule erzeugte magnetische Hauptfeldfluss vom Dombereich beabstandet oder wird zumindest der Dombereich nicht vom von der Spule erzeugten Hauptfeldfluss durchströmt. Von Vorteil ist dabei, dass eine Befestigung des Winkelsensors an einer Stufenbohrung ermöglicht ist, die aber, obwohl sie axial in den Magnetkörper hineinreicht, ermöglicht ist, ohne dass der Hauptfluss gestört wird.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Federelemente radial innerhalb der Spule angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass der Elektromotor kompakt ausführbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der, insbesondere auf die Drehachse des Rotors bezogen, von den Federelementen überdeckte Radialabstandsbereich radial innerhalb des von der Spule überdeckten Radialabstandsbereichs angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass der Elektromotor kompakt ausführbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Winkelsensor auf der von der Ankerscheibe und/oder vom Bremsbelagträger abgewandten Seite des Magnetkörpers angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass der Winkelsensor möglichst gut abgeschirmt von den Magnetfeldern der Bremse, insbesondere der Spule der Bremse, und auch von den Magnetfeldern der Statorwicklung des Elektromotors angeordnet ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zumindest ein Teilbereich des Basisteils aus einem Weichmetall, insbesondere Aluminium, gefertigt, insbesondere zur Abschirmung eines Wechselmagnetfelds. Von Vorteil ist dabei, dass magnetische Wechselfelder abschirmbar sind.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zumindest ein Teilbereich des Basisteils aus einem ferromagnetischen Material gefertigt, insbesondere zur Abschirmung eines Magnetfeldes, insbesondere eines statischen Magnetfelds. Von Vorteil ist dabei, dass statische Magnetfelder vom Winkelsensor abhaltbar sind, insbesondere durch Umlenken oder Vorbeilenken der Magnetfelder.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung liegt das Basisteil mit seinem aus Weichmetall gefertigten Teilbereich an der Stufe der Stufenbohrung an und der aus ferromagnetischem Material gefertigte Teilbereich auf der vom Dombereich beabstandeten Seite des ist aus Weichmetall gefertigten Teilbereichs angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass magnetische Wechselfelder vom ferromagnetischen Teilbereich beabstandet bleiben und somit geringere Ummagnetisierungsverlustwärme entsteht. Außerdem ist die Zentrierung des weichmagnetischen Teilbereichs an der Stufenbohrung viel einfacher als die Zentrierung eines ferromagnetischen Teilbereichs. Denn auf den letztgenannten Teilbereich würde eine hohe Haftreibung durch die vom magnetisierten Magnetkörper ausgehende Magnetkraft bewirkt werden. Der weichmagnetische Teilbereich hingegen ist ohne besonderen Kraftaufwand verschiebbar - auch wenn er schon an der Stufenbohrung anliegt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der radiale Außenumfang des Dombereichs als Kreiskegelstumpfabschnitt ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine erhöhte Stabilität bereitstellbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Dombereich eine konusförmige Mantelfläche auf. Von Vorteil ist dabei, dass eine erhöhte Stabilität bereitstellbar ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.

Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:

In der Figur 1 ist ein Magnetkörper einer elektromagnetisch betätigbaren Bremse eines erfindungsgemäßen Elektromotors in Seitenansicht dargestellt.

In der Figur 2 ist ein zugehöriger Querschnitt dargestellt.

Wie in Figur 1 und Figur 2 dargestellt, weist der Magnetkörper eine ringförmige Ausnehmung 2 zur Aufnahme einer bestrombaren Spule auf.

Außerdem weist der Magnetkörper 1 eine Ausnehmung zur Aufnahme 3 eines Federelements auf.

Als Federelement sind beispielsweise Ringfedern oder Spiralfedern verwendbar.

Die axiale Richtung ist parallel zur Ringachse der ringförmigen Ausnehmung 2 ausgerichtet und außerdem parallel zur Drehachse eines drehbar gelagerten Rotors des Elektromotors.

Zur Lagerung des Rotors sind in jeweiligen Lagerflanschen des Elektromotors Lager aufgenommen. Die Lagerflansche sind mit einem Statorgehäuse des Elektromotors drehfest verbunden. Außerdem ist der Magnetkörper 1 mit dem Statorgehäuse des Elektromotors drehfest verbunden.

Eine ferromagnetische Ankerscheibe ist drehfest mit dem Magnetkörper verbunden und axial verschiebbar zum Magnetkörper angeordnet. Hierzu sind in Bohrungen des Magnetkörpers Bolzen eingesteckt, welche durch Bohrungen der Ankerscheibe hindurchragen. Somit ist die Ankerscheibe bei ihrer axialen Bewegung geführt.

Die Spule ist in die ringförmige Ausnehmung 2 eingelegt und der Magnetkörper 1 führt das von der Spule bei deren Bestromung erzeugte Magnetfeld derart, dass die Ankerscheibe zum Magnetkörper 1 hin angezogen wird. Bei Nicht-Bestromung der Spule hingegen wird die Ankerscheibe von in Ausnehmungen 3 aufgenommenen jeweiligen Federelementen, die somit am Magnetkörper 1 abgestützt sind und auf die Ankerscheibe drücken, vom Magnetkörper weggedrückt, insbesondere in axialer Richtung. Das von der Spule erzeugte Magnetfeld wird vom Magnetkörper 1 von der äußeren Umgebung der Spule umgelenkt in den von der Spule umwickelten Innenbereich, insbesondere also um fast 180°.

Allerdings weist der Magnetkörper 1 auf seiner von der Ankerscheibe entgegen der axialen Richtung abgewandten Seite einen entgegen der axialen Richtung hervorstehenden Dombereich 4 auf. Dieser Dombereich 4 ist nicht für die Umlenkung des Magnetfeldes um die Spule herum notwendig und ist daher nur von Streufeld durchströmt.

In den Magnetkörper 1 ist von derjenigen Seite des Magnetkörpers 1 , die von der Ankerscheibe abgewandt ist, ausgehend eine Stufenbohrung eingebracht, deren Stufen als Zentrierstufen fungieren, also zum Zentrieren eines Basisteils eines Winkelsensors dienen. Dieses Basisteil weist entsprechende Zentrierkragen auf, welche an zumindest einen Zentrierkragen anlegbar sind und somit ausrichtbar ist.

Ein Rotorteil des Winkelsensors ist mit dem durch den Magnetkörper 1 hindurchragenden Rotor des Elektromotors drehfest verbunden. Ein Statorteil des Winkelsensors ist mit dem Basisteil drehfest verbunden oder einstückig, insbesondere einteilig, mit dem Basisteil ausgeführt.

Auf diese Weise ist die Winkellage des Rotors vom Winkelsensor erfassbar und an eine Steuerung oder an einen Umrichter weiterleitbar, welcher den Elektromotor elektrisch versorgt.

Der Dombereich 4 und die in ihn eingebrachte Stufenbohrung mit den Zentrierstufen (5, 6) vermindern oder unterbrechen den von der Spule bei deren Bestromung erzeugten Magnetfluss nicht. Denn insbesondere der Dombereich 4 ist abseits desjenigen Bereichs des Magnetkörpers 1 ausgebildet, welcher den Hauptfluss führt.

Der radiale Außenumfang des Dombereichs 4 ist als Kreiskegelstumpfabschnitt ausgeführt. Insbesondere weist der Dombereich also eine konusförmige Mantelfläche auf. Somit ist eine erhöhte Stabilität für die Anbindung des Basisteils zur Verfügung gestellt. Auf diese Weise ist eine steife und stabile Drehmomentstütze für den Winkelsensor bereitstellbar.

Durch die Bereitstellung von zwei oder mehr Zentrierstufen (5, 6), welche jeweils konzentrisch zueinander ausgeführt sind, ist eine einfache Zentrierung des Winkelsensors zum Magnetkörper 1 hin ausführbar. Außerdem sind verschieden große Basisteile am Magnetkörper, insbesondere also an der jeweiligen Zentrierstufe, zentrierbar. Somit sind also unterschiedliche Winkelsensoren mit dem Magnetkörper zentrierverbindbar.

Die Erfindung bewirkt also mittels der am Magnetkörper ausgebildeten mechanischen Schnittstelle die Anbindung von unterschiedlichen Varianten einer Baureihe von Winkelsensoren.

Auf den Rotor des Elektromotors ist ein ringartig geformter Mitnehmer aufgesteckt und mit dem Rotor drehfest verbunden. Der Mitnehmer weist an seiner Außenseite eine Verzahnung auf.

Ein Bremsbelagträger ist auf den Mitnehmer aufgesteckt und weist eine Innenverzahnung auf, die mit der Außenverzahnung des Mitnehmers im Eingriff ist. Somit ist der Bremsbelagträger mit dem Mitnehmer und somit mit dem Rotor drehfest verbunden und in axialer Richtung verschiebbar relativ zum Mitnehmer beziehungsweise Rotor.

Die Ankerscheibe ist axial zwischen dem Magnetkörper 1 und dem Bremsbelagträger angeordnet.

Der Bremsbelagträger ist axial zwischen einem Lagerschild des Elektromotors, welches ein Lager zur Lagerung des Rotors aufnimmt, und der Ankerscheibe angeordnet.

Das Lagerschild weist dabei eine fein bearbeitete insbesondere ebene Fläche auf, an welcher der Bremsbelagträger mit seinem Bremsbelag Reibarbeit leistet, wenn der Bremsbelagträger von der Ankerscheibe auf die Fläche, also Bremsfläche, gedrückt wird.

Der Magnetkörper 1 ist vorzugsweise aus einem Sphäroguss gefertigt und ist mit seinem Dombereich 4 einstückig, also einteilig, ausgeführt. Diejenige Zentrierstufe 5, welche den größten lichten Innendurchmesser aufweist, ist radial innerhalb des kleinsten Außendurchmessers des Dombereichs 4 angeordnet. In einer, zwei oder mehr Stufenwänden der Stufenbohrung ist eine Axialnut eingebracht, in welche eine nach radial außen am Basisteil hervorragende Nasenbereich des Basisteils hineinragt. Somit ist eine Verdrehsicherung für das Basisteil im Magnetkörper verankerbar.

Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist der größte auf die Drehachse des Rotors bezogene Radialabstand jeder der Zentrierstufen (5, 6) kleiner als der auf die Drehachse des Rotors bezogene, kleinste Radialabstand des radial äußeren Umfangs des Dombereichs 4.

Bezugszeichenliste

1 Magnetkörper 2 ringförmige Ausnehmung zur Aufnahme der Spule

3 Ausnehmung zur Aufnahme eines Federelements

4 axial hervorstehender Dombereich

5 Zentrierstufe

6 Zentrierstufe