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Patent Searching and Data


Title:
ELECTRIC MOTOR COMPRISING AN INTEGRATED ROTARY ENCODER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/197495
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electric motor, wherein the electric motor has an end shield (5), wherein the electric motor has a sensor (7) for detecting a magnetic field. The sensor (7) is integrated into the end shield (5) of the electric motor. The invention also relates to an electric drive unit (1) comprising a brake (3), in particular an electromagnetically actuatable brake (3), and an electric motor, wherein a shielding element (8) is arranged between the sensor (7) and the brake (3).

Inventors:
WOLFRAM, Rouven (An der Schule 26, Hessisch Oldendorf, 31840, DE)
Application Number:
EP2019/059153
Publication Date:
October 17, 2019
Filing Date:
April 10, 2019
Export Citation:
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Assignee:
LENZE DRIVES GMBH (Breslauer Straße 3, Extertal, 32699, DE)
International Classes:
H02K29/08; H02K7/102; H02K11/01; H02K11/215
Domestic Patent References:
WO2009015496A12009-02-05
Foreign References:
DE102015218856A12017-03-30
DE20011138U12001-10-31
DE102011012357A12012-08-30
DE102012019001A12014-03-27
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
FREISCHEM & PARTNER PATENTANWÄLTE MBB (Salierring 47-53, Köln, 50677, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Elektromotor, wobei der Elektromotor ein Lagerschild (5) aufweist, wobei der Elektromotor einen Sensor (7) zur Erfassung eines Magnetfeldes aufweist, dadurch gekennzeichnet,

dass der Sensor (7) in das Lagerschild (5) des Elektromotors integriert ist.

2. Elektromotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromo- tor ein, insbesondere drehfest mit der Welle (2) des Elektromotors verbunde- nes, Geberelement (9) zur Erzeugung eines vom Sensor (7) erfassbaren

Magnetfeldes aufweist.

3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein Abschirmelement (8), insbesondere ein Abschirmblech, zur magnetischen Abschirmung des Sensors (7) gegen ein von außen auf den

Elektromotor einwirkendes Magnetfeld aufweist.

4. Elektromotor nach Anspruch 2 oder 3 in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Geberelement (9) in zur Achse (X) des Elektromo- tors paralleler Richtung im Bereich des Lagerschildes (5), insbesondere zwi- schen dem durch das Lagerschild (5) gestützten Lager (10) des Motors und dem Abschirmelement (8), angeordnet ist.

5. Elektromotor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerschild (5) eine Anlagefläche (15) zur Abstützung des Abschir- melements (8) in zur Achse (X) des Elektromotors paralleler Richtung, insbe- sondere eine Anlagefläche (15) zur Aufnahme einer auf das Abschirmelement (8) aufgebrachten mechanischen Kraft, aufweist. 6. Elektromotor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerschild (5) eine Ausnehmung (14) zur Aufnahme des Sensors (7) und/oder eine Ausnehmung (14) zur Aufnahme eines mit dem Sensor (7) verbundenen Kabels aufweist, wobei insbesondere die Ausnehmung (14) zur Aufnahme des Sensors (7) und/oder die Ausnehmung (14) zur Aufnahme ei- nes mit dem Sensor (7) verbundenen Kabels in zur Achse (X) des Elektromo- tors paralleler Richtung gegenüber der Anlagefläche (15) zurückspringt und/oder eine Vertiefung in der Anlagefläche (15) bildet.

7. Elektromotor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerschild (5) ein Gussteil ist, insbesondere wobei die Ausneh- mung (14) zur Aufnahme des Kabels, die Ausnehmung (14) zur Aufnahme des Sensors (7) und/oder eine Aufnahme für ein Zugentlastungselement für das Kabel gießtechnisch in das Lagerschild (5) eingeformt sind.

8. Elektromotor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Abschirmelement (8) ein Sitz für ein Dichtelement, insbesonde- re einen Radialwellendichtring, vorgesehen ist.

9. Elektrische Antriebseinheit (1 ) mit einer Bremse (3), insbesondere einer elekt- romagnetisch betätigbaren Bremse (3), und einem Elektromotor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (8) zwischen dem Sensor (7) und der Bremse (3) angeordnet ist.

10. Elektrische Antriebseinheit (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Bremse (3) zugewandte Oberfläche des Abschirmelements (8) eine Reibfläche der Bremse (3) bildet.

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Description:
Elektromotor mit integriertem Drehgeber

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor und eine elektrische Antriebsein- heit mit einem Elektromotor.

Nach dem Stand der Technik werden sogenannte Drehgeber verwendet, um Bewegungsdaten der Motorwelle eines Elektromotors zu erfassen. Bei den so erfassten Bewegungen der Motorwelle kann es sich beispielsweise um die Drehzahl handeln.

Ein verbreitetes Prinzip, nachdem derartige Drehgeber Bewegungen der Motorwelle erfassen können, beruht auf der Erfassung von Magnetfeldern durch einen zum Erfassen eines Magnetfeldes geeigneten Sensor. Dieser Sensor erfasst ein Magnetfeld, das von einem Geberelement erzeugt wird. Das Geberelement ist hierzu regelmäßig drehfest mit der Welle verbunden. Hierdurch folgt die Bewegung des Geberelements der Bewegung der Welle. Der Sensor ist zweckmäßigerweise ortsfest relativ zu den ruhenden Be- standteilen des Elektromotors, insbesondere zu dessen Gehäuse, angeord- net. Auf diese Weise entsteht eine Relativbewegung zwischen dem Ge- berelement und dem Sensor. Da das vom Geberelement erzeugte Magnet- feld wiederum der Bewegung des Geberelements folgt, ändert sich aufgrund dieser Bewegung das von dem Sensor erfasste Magnetfeld. Aus diesen Än- derungen des von dem Sensor erfassten Magnetfelds kann dann auf die zugrunde liegende Bewegung und/oder Position der Motorwelle zurückge- schlossen werden.

Nach dem Stand der Technik befindet sich ein Sensor der in Rede stehen- den Art in einem separaten Gehäuse. Dieses wird auf der Motorwelle ange- ordnet und regelmäßig über eine geeignet gestaltete Verbindung, bei- spielsweise über einen Flansch, mit dem Gehäuse des Elektromotors, ins- besondere mit einem Lagerschild des Elektromotors, verbunden.

Eine derartige Konstruktion ist jedoch aufwändig, da ein separates Gehäuse für den Drehgeber benötigt wird. Dieses muss regelmäßig nicht nur den Sensor aufnehmen, sondern auch das auf der Welle angeordnete Ge- berelement umschließen. Eine weitere Folge der Anordnung des Drehge- bers in einem separaten Gehäuse ist ein zusätzlicher Platzbedarf entlang der Motorwelle, der eine entsprechend verlängerte Motorwelle und damit einen entsprechend höheren Platzbedarf des Antriebssystems zur Folge hat.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor und eine elektrische Antriebseinheit aufzuzeigen, die kostengünstiger sind und/oder eine kompaktere Bauweise ermöglichen.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Elektromotor und eine elektrische An- triebseinheit mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Merkma- le der abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen.

Der Elektromotor weist einen Sensor zur Erfassung eines Magnetfeldes auf, der in ein Lagerschild des Elektromotors integriert ist.

Es hat sich gezeigt, dass bei den Lagerschilden herkömmlicher Elektromo- toren regelmäßig derart viel Raum durch das Lagerschild beansprucht wird, dass es möglich ist, einen Sensor zur Erfassung eines Magnetfeldes in das Lagerschild zu integrieren, ohne dabei die Funktionalität des Lagerschilds nachteilig zu beeinträchtigen.

Der Elektromotor kann ein Geberelement zur Erzeugung eines von dem Sensor erfassbaren Magnetfeldes aufweisen. Dieses kann in zur Achse bzw. Welle des Elektromotors paralleler Richtung im Bereich des Lager- Schilds angeordnet sein. Die Anordnung des Geberelements im Bereich des Lagerschilds ist deswegen von Vorteil, da so auch durch das Geberelement, welches insbesondere drehfest mit der Welle verbunden ist, kein zusätzli- cher Platzbedarf auf der Welle entsteht bzw. die für den Drehgeber benötig- te zusätzliche Welle der Welle zumindest minimiert wird.

Das Geberelement ist bevorzugt derart gestaltet, dass das von ihm erzeug- te Magnetfeld in Umfangsrichtung um die Welle des Elektromotors fluktuiert bzw. Schwankungen unterworfen ist. Dies kann beispielsweise dadurch er- reicht werden, dass das Geberelement eine Mehrzahl von Permanent- Magneten aufweist, die in Umfangsrichtung verteilt um die Welle angeord- net sind.

Der Elektromotor kann ein Abschirmelement zur magnetischen Abschirmung des Sensors gegen ein von außen auf den Elektromotor einwirkendes Mag- netfeld aufweisen. Bei diesem Abschirmelement kann es sich beispielswei- se um ein Abschirmblech handeln. Ein derartiges Abschirmelement hat den Vorteil, dass äußere Einflüsse magnetischer Art, die den ordnungsgemäßen Betrieb des Sensors stören könnten, von diesem abgeschirmt werden. Der- artige störende Magnetfelder können beispielsweise von elektromagnetisch betätigbaren Bremsen herrühren, die auf der Welle und/oder in Verlänge- rung der Welle des Motors angeordnet sind.

Bei dem Abschirmelement kann es sich um ein Element aus einem

elektrisch leitfähigen Material handeln. Elektrisch leitfähige Materialien eig- nen sich besonders gut zum Abschirmen elektromagnetischer Felder. Das elektrisch leitfähige Material kann auch ein Metall sein.

Das Abschirmelement kann flächig gestaltet und insbesondere derart relativ zu der Welle angeordnet sein, dass seine Erstreckung in zur Welle, zumin- dest im Wesentlichen, senkrechter Richtung wesentlich größer ist als seine Dicke in zur Welle, zumindest im Wesentlichen paralleler Richtung. Eine derartige Anordnung bzw. Gestaltung des Abschirmelements hat den Vor- teil, dass dieses wenig Platz entlang der Welle beansprucht.

Das Geberelement kann zwischen dem durch das Lagerschild gestützten Lager des Elektromotors und dem Abschirmelement angeordnet sein. Diese Anordnung bietet zum einen den Vorteil, dass das Geberelement sich in dem von dem Abschirmelement abgeschirmten Bereich befindet. Weiterhin kann der ansonsten ungenutzte Raum zwischen Welle und Lagerschild in diesem Bereich für die Anordnung des Geberelements in vorteilhafter Weise genutzt werden.

Das Lagerschild kann eine Anlagefläche zur Abstützung des Abschirmele- ments in zur Achse des Elektromotors paralleler Richtung bzw. axialer auf- weisen. Diese Anlagefläche kann insbesondere zur Aufnahme einer auf das Abschirmelement aufgebrachten mechanischen Kraft geeignet und bestimmt sein. Auf diese Weise wird es möglich, das Abschirmelement mechanisch zu belasten. Durch eine flächige Abstützung auf einer entsprechenden An- lagefläche können so auch in ein vergleichsweise dünnes Abschirmelement mechanische Kräfte, insbesondere in zur Welle bzw. Achse des Elektromo- tors paralleler Richtung gerichtete mechanische Kräfte, eingeleitet werden. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn sich an das Lagerschild weitere Elemente einer Antriebseinheit, deren Bestandteil der Elektromotor ist, an- schließen sollen. Bei diesen weiteren Bestandteilen kann es sich beispiels weise um eine Bremse handeln. Die Anlagefläche ermöglicht es dann, dass beispielsweise durch die Bremse erzeugte Kräfte über das Abschirmelement in das Lagerschild eingeleitet werden. So können insbesondere Reibbeläge der Bremsen über das Abschirmelement an dem Lagerschild abgestützt werden.

Das Lagerschild kann eine Ausnehmung zur Aufnahme des Sensors und/oder eine Ausnehmung zur Aufnahme eines mit dem Sensor verbunde- nen Kabels aufweisen. Die Ausnehmung kann so gestaltet sein, dass sie in zur Achse bzw. Welle des Elektromotors paralleler Richtung gegenüber der Anlagefläche zurückspringt bzw. eine Vertiefung in der Anlagefläche bildet. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass es möglich ist, die Abstüt- zung des Abschirmelements durch die Anlagefläche in einzelnen Zonen der Anlagefläche zu unterbrechen, ohne die Abstützfunktion wesentlich zu be- einträchtigen. Hierdurch kann ein Aufnahmeraum für den Sensor und/oder ein mit dem Sensor verbundenes Kabel geschaffen werden, der insbeson- dere durch das Abschirmelement geschlossen wird. Hiermit ergibt sich eine einfache Montage des Sensors sowie eines zur Versorgung des Sensors vorgesehenen Kabels.

Das Lagerschild kann beispielsweise ein Gussteil sein. Insbesondere lässt sich eine Ausnehmung zur Aufnahme des Sensors und/oder eines Zugent- lastungselements für ein mit dem Sensor verbundenes Kabel gießtechnisch sinnvoll in das Lagerschild einformen. Auch können die Ausnehmungen zum Abschirmelement hin offen gestaltet sein und so eine einfache, weil insbe- sondere hinterschneidungsfreie, Gestaltung des Gussteils ermöglichen. Durch ein insbesondere flächiges Abschirmelement können die Ausneh- mungen in einfacher Weise geschlossen werden.

An dem Abschirmelement kann weiter ein Sitz für ein Dichtelement vorge- sehen sein. Das Dichtelement dient insbesondere dazu, eine Abdichtung zwischen Abschirmelement und Motorwelle zu gewährleisten. Durch diese Anordnung ergibt sich eine insgesamt vorteilhafte Konstruktion, da das Ab- schirmelement auf diese Weise nicht nur eine Abschirmung gegen elektro- magnetische Einflüsse, sondern auch eine Schutzfunktion gegen weitere schädliche Umwelteinflüsse, beispielsweise das Eindringen von Schmutz, gewährleistet.

Ein Elektromotor der vorstehend beschriebenen Art kann mit einer Bremse zu einer Antriebseinheit kombiniert werden. Hierbei kann das Abschirmele- ment insbesondere zwischen dem Sensor und der Bremse angeordnet sein. Das Abschirmelement schirmt so den Sensor vor elektromagnetischen Fel- dern, die durch die Bremse verursacht werden, ab. Insbesondere bei elekt- romagnetisch betätigbaren Federkraftbremsen werden leistungsfähige Elektromagnete zum Lösen bzw. Lüften der Bremsen und/oder zum halten der Bremsen im gelüfteten bzw. gelösten Zustand eingesetzt. Deren stören- de Einflüsse können durch das Abschirmelement von dem Sensor fernge- halten werden.

Es ist möglich, dass eine der Bremse zugewandte Oberfläche des Abschir- melements eine Reibfläche der Bremse bildet. Zu diesem Zweck kann ins- besondere ein Reibbelag direkt auf dem Abschirmelement aufgebracht sein. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, dass nicht zwei separate Bautei- le, nämlich ein Abschirmelement zur elektromagnetischen Abschirmung des Sensors sowie ein separates Reibelement, beispielsweise ein Reibblech, benötigt werden. Vielmehr kann das Abschirmelement die Funktion des Reibelements der Bremse ebenfalls übernehmen, wodurch wenigstens ein Bauteil eingespart werden kann.

Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zei- gen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Teils einer erfindungsge- mäßen elektrischen Antriebseinheit,

Fig. 2 eine perspektivische Schnittdarstellung des Teils der Antriebsein- heit,

Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung des Teils der elektrischen Antriebs- einheit,

Fig. 4 eine vergrößert dargestellte Teildarstellung eines Bereichs aus

Figur 3. Die beispielhafte elektrische Antriebseinheit 1 weist einen Elektromotor mit einer auf der Welle 2 des Elektromotors angeordneten Bremse 3 auf. Von dem Elektromotor sind in den Figuren lediglich der Rotor 4 sowie das der Bremse 3 zugewandte Lagerschild 5 dargestellt. In dem gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem Lagerschild 5 um das Lagerschild, welches der Ab- triebsseite des Elektromotors gegenüberliegt und üblicherweise auch als B- Lagerschild bezeichnet wird.

Bei der Bremse 3 kann es sich um eine elektrisch betätigbare Federkraft- bremse handeln. Die Bremse 3 kann eine Handlüfteinrichtung 6 aufweisen. Der Sensor 7 ist in das Lagerschild 5 integriert. Im gezeigten Beispiel wird dies durch einen in das Lagerschild 5 eingeformten Aufnahmeraum in Ge- stalt einer Ausnehmung für den Sensor 7 ermöglicht. Der Aufnahmeraum bzw. die Ausnehmung kann - wie beispielhaft dargestellt - durch ein Ab- schirmelement 8 verschlossen sein.

Es kann wie im gezeigten Beispiel eine Ausnehmung 14 zur Aufnahme ei- nes Kabels zur Verbindung mit dem Sensor 7 in dem Lagerschild 5 vorge- sehen sein. Diese kann wie im gezeigten Beispiel zumindest teilweise durch das Abschirmelement 8 verschlossen sein. Die Ausnehmung kann Einfor- mungen und/oder Verbindungselemente zur Fixierung eines Zugentlas- tungselements für das Kabel aufweisen.

Das Geberelement 9 kann wie im gezeigten Beispiel auf der Welle 2 ange- ordnet und insbesondere drehfest mit der Welle 2 verbunden sein. Unter einer drehfesten Verbindung ist in diesem Zusammenhang insbesondere zu verstehen, dass sich das Geberelement 9 bei bestimmungsgemäßer Ver- wendung des Elektromotors bzw. der elektrischen Antriebseinheit nicht in Umfangsrichtung der Welle 2 auf der Welle 2 bewegt.

In zur Achse X bzw. zur Welle 2 des Elektromotors paralleler Richtung kön- nen der Sensor 7 und das Geberelement 9 wie im gezeigten Beispiel zwi- sehen dem durch das Lagerschild 5 abgestützten Lager 10 und dem Ab- schirmelement 8 angeordnet sein.

Im gezeigten Beispiel ist das Geberelement 9 an einer Wellenschulter 1 1 in zur Achse X des Elektromotors paralleler Richtung abgestützt. Die Abstüt- zung kann jedoch auch auf andere Weise, beispielsweise - gegebenenfalls unter Verwendung eines Zwischenelements - am Lager 10 erfolgen.

Im gezeigten Beispiel greift das Abschirmelement 8 nach Art einer Laby- rinthdichtung in das Geberelement 9 ein. Hierfür weist das Abschirmelement 8 einen sich entlang der Welle 2 erstreckenden Bereich 12 auf. Alternativ und/oder ergänzend ist es möglich, ein Dichtelement, wie beispielsweise einen Radialwellendichtring, am Abschirmelement 8 zu befestigen. Dies kann beispielsweise im Bereich der zur Welle 2 weisenden Fläche 13 des Abschirmelements 8 erfolgen.

Das Lagerschild 5 kann eine Anlagefläche 15 zur Anlage bzw. Abstützung des Abschirmelements 8 in Richtung der Achse X des Elektromotors auf- weisen. Die Ausnehmung zur Aufnahme des Sensors 7 sowie die Ausneh- mung 14 zur Aufnahme des Kabels können so gestaltet sein, dass sie ge- genüber der Anlagefläche 15 wie dargestellt zurückspringen. Durch die flä- chige Anlage des Abschirmelements 8 und der Anlagefläche 15 kann das Abschirmelement 8 vergleichsweise große Kräfte, die, zumindest im We- sentlichen, parallel zur Achse X des Elektromotors gerichtet sind, aufneh- men. Die Kräfte werden über das Abschirmelement 8 in die Anlagefläche 15 eingeleitet, die das Abschirmelement 8 in zur Achse X des Elektromotors paralleler Richtung abstützt.

Im dargestellten Beispiel kann die Bremse ein Magnetgehäuse 16, einen Bremsrotor 17 und ein Reibblech 18 aufweisen. Der Bremsrotor 17 ist mit der Welle 2 drehfest und axial verschiebbar verbunden. Beim Schließen bzw. Verknüpfen der Bremse 3 wird der Bremsrotor 17 gegen das Reibblech 18 gedrückt. Die dadurch entlang der Achse X des Motors in das Reibblech 18 eingeleiteten Kräfte können vom Abschirmelement 8 aufgenommen und von diesem über die Anlagefläche 15 in das Lagerschild 5 eingeleitet wer- den. Alternativ ist es auch möglich, dass eine der Bremse zugewandte Oberfläche des Abschirmelements 8 eine Reibfläche der Bremse bildet. Dann kann insbesondere das Reibblech 18 entfallen. In diesem Fall ist es möglich, dass der Bremsrotor 17 beim Schließen bzw. Verknüpfen der Bremse unmittelbar auf diese Oberfläche des Abschirmelements 8 gedrückt wird. Die Oberfläche des Abschirmelements 8 kann hierfür eine geeignete Beschichtung, insbesondere einen Reibbelag, aufweisen

Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zu- ständigen Fachmanns variiert werden.

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Bezugszeichen liste

1 Elektrische Antriebseinheit

2 Welle

3 Bremse

4 Rotor

5 Lagerschild

6 Handlüfteinrichtung

7 Sensor

8 Abschirmelement

9 Geberelement

10 Lager

1 1 Wellenschulter

12 Bereich des Abschirmelements 13 Fläche des Abschirmelements

14 Ausnehmung

15 Anlagefläche

16 Magnetgehäuse

17 Bremsrotor

18 Reibblech

X Achse des Elektromotors

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