Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator mit wenigstens zwei Erregerspulen und einem darin angeordneten Rotor, der starr mit einer drehbar gelagerten Motorwelle verbunden ist, und mit wenigstens einem radial innerhalb des Rotors angeordneten Rückschlusselement.

Derartige elektrische Maschinen werden als Elektromotoren in Multiplex-Bremssystemen eingesetzt, in denen durch einen

Elektromotor und ein Getriebe ein Plungerkolben bzw. Druckkolben angetrieben wird, wodurch in beispielsweise einem hydraulischen Druckraum ein Bremsvordruck aufgebaut werden kann. Dabei werden an die elektrische Maschine hohe dynamische Anforderungen gestellt, da schnelle und präzise Regelvorgänge wie z. B. ABS, TCS, etc. möglich sein sollen.

Eine maßgebliche Größe dabei ist die rotatorische Massenträgheit des Motors bzw. dessen Rotors, die insbesondere bei schnellen Reversierungen und Beschleunigungen der Motorwelle ins Gewicht fällt. Translatorische Trägheiten fallen dagegen nur unwe ^¬ sentlich ins Gewicht.

Um einen Motor mit geringem Massenträgheitsmoment bzw. Träg- heitsmoment zu erhalten, ist bekannt, eine möglichst hohe Polpaarzahl zu wählen, da hierdurch der notwendige Eisen- rückschluss unter den Magneten auf ein Minimum reduziert werden kann. Die Erhöhung der Polpaarzahl hat jedoch auch Nachteile, wie z. B. erhöhten Wicklungsaufwand aufgrund der dann ebenfalls notwendig werdenden höheren Statorpolzahl und höhere Frequenzen. Diese begrenzen die maximal mögliche Drehzahl und erhöhen die Ummagnetisierungs- und Wirbelstromverluste.

Ein deutlich geringeres Massenträgheitsmoment kann auch erreicht werden, indem die Massenträgheit des Rotor-Eisenrückschlusses von der Massenträgheit des Rotors entkoppelt wird. Dann lässt sich auch eine geringe Polpaarzahl wählen, ohne dynamische Einschränkungen in Kauf nehmen zu müssen. Eine bekannte Lösung sieht dabei vor, dass ein Teil des Ro ^¬ tor-Eisenrückschlusses fest am Motorgehäuse angebracht wird. Es ist somit nicht an der Rotation des Rotors beteiligt und trägt somit nicht zu seinem Massenträgheitsmoment bei. Ein Elekt ^¬ rischer Antrieb, bei dem der Eisenrückschluss durch einen Innenstator gebildet wird, ist aus der WO 2007/022833 AI be ^¬ kannt . Eine derartige Konfiguration weist aber Verluste durch Um- magnetisierung und Wirbelströme bei hohen Drehzahlen auf. Im Zusammenhang mit dem zweiten Luftspalt im Eisenkreis ergibt sich darüber hinaus das Problem, dass sich der Arbeitspunkt der Magneten verschiebt, was zu einem geringeren magnetischen Fluss und damit letztendlich auch zu einem geringeren verfügbaren Drehmoment führt. Aufgrund der fertigungstechnisch zu beachtenden Toleranzkette der radial ineinander angeordneten Bauteile Stator, Gehäuse, Eisenrückschlussring und Rotor darf der Luftspalt nicht zu gering sein. Geraten Partikel in den Luftspalt zwischen dem am Motorgehäuse fixierten Eisenrückschluss und dem Rotor kann der Motor blockieren, was in sicherheitskritischen fahrdynamischen Situationen, wenn der Motor zum Druckaufbau in einem Bremssystem eingesetzt wird, zu gefährlichen Situationen führen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine mit geringem Massenträgheitsmoment bereitzustellen, bei der die oben beschriebenen Probleme vermieden werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das jeweilige Rückschlusselement drehbar um die Motorwelle gelagert ist .

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass, um Ummag- netisierungsprobleme zu vermeiden, der Eisenrückschluss nicht Teil des Stators sein sollte. Andererseits sollte er nicht starr mit dem Rotor verbunden sein, da dann ein hohes Trägheitsmoment des Rotors resultiert. Wie nunmehr erkannt wurde, lässt sich ein Elektromotor mit einem geringen Trägheitsmoment realisieren, indem der Eisen- rückschluss als drehbar gelagerte Hülle der Motorwelle aus ^¬ gebildet wird. Aufgrund der drehbaren Lagerung wird er auch in Rotation versetzt, wenn sich die Motorwelle über einen längeren Zeitraum gleichmäßig dreht. Bei dynamischen und schnellen

Reversierungen dreht sich der Eisenrückschluss aber zunächst - mit sich vermindernder Geschwindigkeit - weiter, so dass er nur minimal zum Trägheitsmoment des Rotors beiträgt. Für eine besonders reibungsarme Lagerung ist das jeweilige Rückschlusselement vorteilhafterweise mit wenigstens einem Wälzlager an der Welle gelagert. Das wenigstens eine Wälzlager ist dabei vorteilhafterweise als Kugellager ausgebildet ist. Eine alternative Ausgestaltung sind Gleitlager.

Für eine stabile Lagerung ist das jeweilige Rückschlusselement durch zwei Kugellager gelagert.

Die elektrische Maschine weist vorzugsweise zwischen 9 und 15 Statorpolen auf. Wenn die Anzahl der Statorpole ein Vielfaches von drei beträgt, erleichtert dies eine effiziente Ansteuerung des Elekotromotors mit an sich bekannten Verfahren, wie z.B. der Raumzeigermodulation. Im Hinblick auf einen günstigen Kompromiss zwischen Fertigungsaufwand und Effizienz sind insbesondere 5 Polpaare am Rotor und 12 Statorpole vorteilhaft. Gegenüber einer Konfiguration mit 7 Polpaaren und einer erhöhten Anzahl von Statorpolen vermindern sich die Statorfrequenz und damit auch die Ummagnetisierungs- und Wirbelstromverluste. Ein in radialer Richtung zwischen Rückschlusselement und Rotor gebildeter innerer Luftspalt ist vorteilhafterweise von einer Kapsel umgeben bzw. umkapselt. Die Kapsel kann dabei bei ^¬ spielsweise gebildet werden durch einen zylinderförmigen Au- ßenmantel des Rotors und zwei an den axialen Enden des Rotors zumindest teilweise scheibenartig ausgebildeten Abdeckungen, durch die die Motorwelle geführt wird. Das Rückschlusselement ist vorzugweise aus Elektroblech oder üblichem ferritischen Stahl (Baustahl) gefertigt. Es kann aus massivem Stahl oder als gestapelte Elektrobleche gebildet sein.

Das Rückschlusselement ist vorteilhafterweise hülsenartig ausgebildet, d. h. es hat im Wesentlichen die Formgebung eines Hohlzylinders, wobei im Innern des Zylinders in axialer Richtung die Motorwelle verläuft.

Der Rotor ist vorzugsweise hülsenförmig, d. h. im Wesentlichen als Hohlzylinder ausgebildet, wobei in seinem Inneren die

Motorwelle verlaufen, um die das Rückschlusselement drehbar gelagert ist, und wobei an seiner Außenseite Permanentmagnete angebracht sind. Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Rotor an beiden Enden der Hülse starr mit der Motorwelle verbunden ist. Dies erhöht die Stabilität und gewährleistet gleichzeitig eine Kapselung des inneren Luftspalts.

Die elektrische Maschine ist vorzugsweise als bürstenloser Elektromotor ausgebildet, wobei der Rotor ein oder mehrere Polpaare aus Permanentmagneten umfasst, insbesondere 5 Polpaare aufweist. Ein bürstenloser Elektromotor kann besonders flexibel angesteuert werden und liefert ein hohes Drehmoment bei kompaktem Bauraum. In einer derartigen Ausgestaltung eignet sich die elektrische Maschine daher besonders gut für den Einsatz zum aktiven Druckaufbau in Bremskreisen in elektrohydraulischen, insbesondere Multiplex-fähigen, Bremssystemen.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass durch die drehbare Lagerung des Eisenrückschlusses dieser in dyna- mischen Situationen, wie sie beispielsweise bei Regelvorgängen in einem Bremssystem auftreten, nicht zum Trägheitsmoment des Rotors beiträgt, so dass schnelle und präzise Reversierungen des Motors ermöglicht werden. Durch die Kapselung des Luftspaltes kann verhindert werden, dass dort Partikel eintreten.

Der erfindungsgemäße Motor ist vielseitig einsetzbar. Aufgrund der geringen Massenträgheit des Rotors eignet er sich insbe ^¬ sondere für dynamische Anforderungen, aber auch für Anwendungen, bei denen lange Laufzeiten mit wenig veränderlicher Drehzahl auftreten, beispielsweise als Lüftermotor.

Durch die drehbare Lagerung dreht sich der Eisenrückschluss bei einer Sperrwirkung durch eingetretene Partikel mit dem Rotor mit, was zu einem Motor mit erhöhtem Massenträgheitsmoment führt, die Grundfunktionalität bleibt aber erhalten. Im Falle der Anwendung als Aktuator zu aktiven Druckaufbau in einem Bremssystem würde dies bedeuten, dass zwar die Regelfunktionen schlechter ausgeführt werden können, dass allerdings die Grundbremsfunktion weiterhin sichergestellt ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer

Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung :

FIG. 1 einen Längsschnitt durch eine perspektivische Dar ^¬ stellung eines Elektromotors in einer bevorzugten Ausführungsform,

FIG. 2 einen Teilausschnitt aus einer perspektivischen

Darstellung des Elektromotors gemäß FIG. 1, und

FIG. 3 einen vergrößerten Längsschnitt aus dem Elektromotor gemäß der FIG. 1 und 2.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen .

Eine in FIG. 1 dargestellte elektrische Maschine 2 weist einen Rotor 8 auf mit einer Motorwelle 14, die drehbar in zwei Ku ^¬ gellagern 20, 26 gelagert ist. Zur Bestimmung der Rotorlage sind ein fest an dem Rotor 8 und mit ihm sich drehender magnetischer Encoder 32 und ein benachbart an einem Gehäuse 38 des Motors angebrachter Magnetfeldsensor 44 vorgesehen. Ein den Rotor 8 umgebender Stator 50 ist in der FIG. 1 ausgeblendet.

Die elektrische Maschine 2 ist optimiert, eine möglichst geringe Massenträgheit des Rotors 8 aufzuweisen. Dazu ist ein hül- senförmiges bzw. zylinderförmiges Rückschusselement 56 bzw. Eisenrückschlusselement, welches aus ferromagnetischem Mate- rial, insbesondere Eisen, besteht und welches die Motorwelle 14 umgibt, mit Hilfe von zwei Kugellagern 62, 68 drehbar um die Motorwelle 14 gelagert. Das heißt, die Motorwelle 14 und das Rückschlusselement 56 sind gegeneinander verdrehbar. In radialer Richtung 74 sind von der Motorwelle 14 aus gesehen im Bereich des Rotors 8 die Motorwelle 14, die beiden Kugellager 62, 68, das Rückschlusselement 56, ein ringförmiger innerer Luftspalt 80 und ein Außenmantel 86 ineinander angeordnet. Der Außenmantel 86 des Rotors 8 ist aus einer inneren Schicht 88 und einer äußeren Schicht 90 aufgebaut. Die innere Schicht 88 ist vorzugsweise aus tiefgezogenem Stahlblech gefertigt und bildet einen minimalen Eisenrückschluss , die äußere Schicht 90 umfasst die Perma ^¬ nentmagnete bzw. Rotormagnete. Zusätzlich können die Perma ^¬ nentmagnete, die auf den Grundkörper 88 üblicherweise geklebt werden, noch zum Schutz gegen Ablösung mit einer Bandage ge- sichert werden. Dies kann durch eine Aluhülse, Edelstahlhülse, Schrumpfschlauch oder Glasfaser/Carbonfaser-Wicklung erfolgen.

Durch die rotatorische Entkopplung des Rückschlusselementes 56 von dem Rotor 8 und seiner inhärenten Massenträgheit wird sich der Eisenrückschluss bei einer schnellen Reversierung der

Motorwelle zunächst weiterdrehen und verlangsamen. Als Mas ^¬ senträgheit tragen dabei im Wesentlichen nur die innere Schicht 88 und die äußere Schicht 90 bei. Auch bei einem abrupten Stoppen des Rotors 8 aus hohen Drehzahlen, beispielsweise wenn der Plungerkolben ungebremst gegen einen Endanschlag fährt, wird der Rotor 8 schlagartig gebremst. Die Rotationsenergie des Rotors 8 wird dabei in Stoßenergie umgewandelt, wodurch Materialschäden entstehen können. Der Eisenrückschluss dreht in einem derartigen Szenario weiter und trägt nur minimal (aufgrund der Reibung des Kugellagers) zur Rotationsenergie bei . Dadurch wird die Mechanik deutlich weniger belastet im Vergleich zu einem mit dem Rotor fest verbundenen Eisenrückschluss .

Bei dauerhaftem Betrieb der elektrischen Maschine 2 bei hohen Drehzahlen ohne Drehzahländerung (beispielsweise beim Einsatz als Lüftermotor) wird sich das Rückschlusselement 56 synchron oder nur mit geringem Drehzahlunterscheid zum Rotor 8 mitdrehen, wodurch die Verluste im Eisenrückschluss minimiert werden können .

Der innere Luftspalt 80 verläuft zwischen dem Rückschlusselement 56 und dem Außenmantel 86. Für eine Erzeugung von möglichst hohen Drehmomenten und einer möglichst hohen Leistungsabgabe, sollte dieser Luftspalt 80 möglichst schmal sein, so dass der mag ^¬ netische Fluss zwischen Stator 50 und Rückschlusselement 56 möglichst stark ist. Je geringer der Luftspalt 80 ist, umso größer ist aber auch das Risiko, dass Partikel in dem Spalt hängen bleiben und die rotatorische Relativbewegung zwischen dem

Außenmantel 86 und dem Rückschlusselement 56 blockieren. Wenn dies geschieht, sind Rotor 8 und Rückschlusselement 56 ge ^¬ wissermaßen starr miteinander verbunden. Das Rückschlusselement 56 trägt dann bei Rotation des Rotors 8 zu dessen Massenträgheitsmoment bzw. Inertialmoment bei. Dies bedeutet, dass der Rotor 8 dann gegenüber beschleunigten Bewegungen und insbesondere schnellen Reversierungen deutlich träger reagiert. Dennoch sind die Grundfunktionen der elekt- rischen Maschine 2 weiterhin verfügbar. Wird die elektrische Maschine 2 zur Betätigung eines Druckkolbens in einem elekt- rohydraulischen Bremssystem eingesetzt, bleiben auch bei einer oben beschriebenen Blockierung grundlegende Bremsvorgänge möglich. Schnelle Regelvorgänge wie ABS, TCS etc., die schnelle Beschleunigungen des Kolbens und damit auch schnelle Be ^¬ schleunigungen des Rotors 8 erfordern, können dann allerdings nicht mehr bzw. nicht mehr so präzise durchgeführt werden. Aufgrund der Aufrechterhaltung der Grundbremsfunktion müsste in einem derartigen Fall aber nicht unbedingt direkt in eine hydraulische Rückfallebene umgeschaltet werden.

Wäre dagegen das Rückschlusselement 56 im Inneren des Rotors 8 im Sinne eines Innenstators fest am Gehäuse 38 montiert, so könnten Schmutzpartikel die Rotation des Rotors sehr stark oder vollständig blockieren, so dass auch die Grundbremsfunktonen nicht mehr aktiv durchgeführt werden können und eine Umschaltung in die hydraulische Rückfallebene unmittelbar geschehen muss.

Durch die konstruktive Maßnahme, dass das Rückschlusselement 56 drehbar um die Motorwelle 14 innerhalb des Außenmantels 86 angeordnet ist, ergibt sich die Möglichkeit der Umkapselung des inneren Luftspaltes 80, so dass ein Eindringen von Schmutz- partikeln von vorneherein minimiert wird. Zwischen jeweils einem Kugellager 20, 26, in dem die Motorwelle 14 gelagert ist und jeweils einem Kugellager 62, 68, in dem das Rückschlusselement 56 gelagert ist, ist jeweils eine im Wesentlichen rotations ^¬ symmetrische Axialabdeckung 92, 98 vorgesehen, die jeweils als Scheibe mit einem daran angeformten, die Motorwelle 14 axial umgebenden Zylinder ausgebildet ist.

Zwischen dem Rückschlusselement 56 und der jeweiligen Axial ^¬ abdeckung 92, 98 wird jeweils ein axialer Luftspalt 102, 108 gebildet. Aufgrund der Magnetfeldkonfiguration können die axialen Luftspalte 102, 108 größer ausfallen als der innere Luftspalt 80. Zur Messung der Rotorposition wird ein magnetischer Sensor, bevorzugt als magnetoresistiver Sensor verwendet. Hierzu wird der magnetische Encoder 32 mit einem Magnetfeldsensor 44 bzw. Sensorelement abgetastet, welches auf einer elektrischen Leiterplatte 114 montiert ist. Mit dem Bezugszeichen 120 ist der Gehäusedeckel bezeichnet.

In FIG. 2 sind der Stator 50 und der darin angeordnete Rotor 8 perspektivisch mit einem Teilausschnitt dargestellt, wobei der Stator Erregerspulen 130, 136 sowie einen Statorkern 146 aufweist. Die Einbettung von Rotor 8 und Stator 50 in das Gehäuse 38 ist in FIG. 3 in einem Längsschnitt dargestellt. „

Bezugszeichenliste

2 elektrische Maschine 8 Rotor

14 Motorwelle

20 Kugellager

26 Kugellager

32 magnetischer Encoder

38 Gehäuse

44 Magnetfeldsensor

50 Stator

56 Rückschlusselement

62 Kugellager

68 Kugellager

74 radiale Richtung

80 innerer Luftspalt

86 Außenmantel

88 innere Schicht

90 äußere Schicht

92 Axialabdeckung

98 Axialabdeckung

102 axialer Luftspalt

108 axialer Luftspaltung

114 elektrische Leiterplatte

120 Gehäusedeckel

130 Erregerspule

136 Erregerspule

146 Statorkern