DE102008006199B4 - Stellantrieb für ein Verstellelement - Google Patents

Abstract

Stellantrieb für ein Verstellelement an einem gegenüber einem Maschinengestell rotierenden Maschinenelement, umfassend einen mit dem Maschinenelement rotierenden elektrischen Motor (01) zum Antrieb des Verstellelementes, der einen Rotor (03) und einen Stator (04) aufweist; und einen induktiven Leistungsübertrager (22), der eine Primärspule (23) am Maschinengestell und eine Sekundärspule (24) am Motor (01) umfasst, wobei die Primärspule (23) und die Sekundärspule (24) gegenüberstehend zueinander angeordnet sind,dadurch gekennzeichnet, dass eine Windungszahl der Sekundärspule (24) größer als eine Windungszahl der Primärspule (23) ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stellantrieb für ein Verstellelement an einem gegenüber einem Maschinengestell rotierenden Maschinenelement. Derartige Stellantriebe werden beispielsweise in Form eines Phasenverstellers zum Verstellen der relativen Winkellage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors eingesetzt.
• Aus der DE 41 10 195 A1 ist eine Verstellvorrichtung für einen Nockenwelle bekannt, die eine Relativverstellung zwischen einer Nockenwelle und einem sie antreibenden Antriebsrad eines Verbrennungsmotors ermöglicht. Hierfür ist ein Elektromotor vorgesehen, der über ein Stellgetriebe eine Relativverstellung bewirkt. Der Stator des Elektromotors ist ortsfest im Gehäuse angeordnet und das Stellgetriebe ist zusammen mit dem Rotor auf einem Wellenstück relativ drehbar zur Nockenwelle gelagert, wobei das Wellenstück als Bestandteil des Innenteils mit dem Nockenendstück drehfest verbunden ist. Wird der Elektromotor mit einer Spannung beaufschlagt, so wird ein kurzzeitiges Schneller- oder Langsamerlaufen des sich mitdrehenden Stellgetriebes erzielt, sodass eine Relativverstellung der Nockenwelle gegenüber dem Antriebsrad erfolgt. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass die Leistung des Elektromotors deutlich höher als die nutzbare Leistung zur Relativverstellung sein muss, da das Drehmoment zum Verstellen mit einer um die Systemdrehzahl erhöhten Drehzahl übertragen werden muss. Ein weiterer Nachteil rührt daher, dass das Stellgetriebe selbsthemmend ausgeführt werden muss, damit zusätzliche Kräfte zum Halten des Getriebes nicht erforderlich werden. Hierfür wird das Stellgetriebe mit einem niedrigen mechanischen Wirkungsgrad von beispielsweise weniger als 40 % ausgeführt, wodurch die Leistung des Elektromotors nochmals erhöht auszulegen ist. Folglich wird die Stromversorgung für den Elektromotor in einem hohen Maße belastet, wodurch die Kosten für die Elektronik zur Ansteuerung des Elektromotors hoch sind.
• Aus der EP 0 903 471 A1 ist eine Vorrichtung zur Verstellung der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine bekannt, die einen Verstellmechanismus aufweist, der durch einen fest mit der Nockenwelle oder mit dem Antriebsrad verbundenen Elektromotor betätigt wird. Eine Verstellung wird dadurch erreicht, dass der Verstellmechanismus ein Planetengetriebe umfasst. Damit sich der Elektromotor gemeinsam mit dem Antriebsrad drehen kann, sind Schleifringe am Motor vorgesehen, die von feststehenden Schleifkontakten gespeist werden. Nachteilig an dieser Lösung ist der erforderliche Aufwand, um die Elektroenergie und die Steuerinformationen an den sich drehenden Motor zu übertragen. Der durch die Schleifringe und Schleifkontakte gebildete mechanische Drehübertrager benötigt einen abgedichteten Bauraum und gefährdet als Verschleißteil die Langzeitstabilität des Systems.
• Ein weiterer Nockenwellenversteller mit einem Stellantrieb ist in DE 101 16 707 A1 gezeigt. Der Stellantrieb und das Antriebsrad sind an entgegengesetzten Enden der Nockenwelle angeordnet, wobei der Stellantrieb als ein Elektromotor ausgebildet ist, der direkt oder über einen Zwischentrieb an der Nockenwelle angeflanscht ist.
• Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Lösungen bekannt, bei denen ein induktiver Drehübertrager zur Übertragung der Elektroenergie auf einen sich drehenden Motor genutzt wird. Diese Lösungen erfordern sowohl auf der Primär- als auch auf der Sekundärseite des Drehübertragers stromführende elektronische Bauelemente, wodurch diese Lösungen teuer sind.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Stellantrieb, beispielsweise zur Verstellung einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors bereitzustellen, bei welchem eine sichere und langzeitstabile Übertragung der elektrischen Energie zum Elektromotor aufwandsarm ermöglicht ist.
• Die genannte Aufgabe wird durch einen Stellantrieb gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst.
• Der erfindungsgemäße Stellantrieb ist zum Verstellen eines Verstellelementes an einem rotierenden Maschinenelement vorgesehen. Dieses Maschinenelement kann beispielsweise durch eine Nockenwelle gebildet sein, welche in einem Verbrennungsmotor rotiert. Die Rotation des Maschinenelementes erfolgt gegenüber einem Maschinengestell, beispielsweise einem Gehäuse des Verbrennungsmotors. Das Verstellelement wird durch einen elektrischen Motor angetrieben. Dieser Motor rotiert gemeinsam mit dem rotierenden Maschinenelement und weist einen Rotor sowie einen Stator auf. Es handelt sich bei dem Stator demzufolge um einen rotierenden Stator, da er gegenüber dem Maschinengestell rotiert. Der Stellantrieb umfasst weiterhin einen induktiven Leistungsübertrager zur Übertragung der elektrischen Energie zum Antrieb des elektrischen Motors. Der induktive Leistungsübertrager umfasst eine Primärspule, welche am Maschinengestell angebracht ist. Weiterhin umfasst der induktive Leistungsübertrager eine Sekundärspule, welche am Motor angeordnet ist und somit gemeinsam mit dem Motor und dem rotierenden Maschinenelement rotiert. Damit die elektrische Energie von der Primärspule auf die Sekundärspule übertragen werden kann, sind die Primärspule und die Sekundärspule gegenüberstehend zueinander angeordnet. Erfindungsgemäß ist eine Windungszahl der Sekundärspule größer als eine Windungszahl der Primärspule, sodass der Übertragungsfaktor des Leistungsübertragers größer als 1 ist.
• Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Stellantriebs besteht darin, dass im Vergleich zu Lösungen gemäß dem Stand der Technik eine verringerte elektrische Leistung zu übertragen ist. Im Stellantrieb kann ein nicht selbsthemmendes hocheffizientes Getriebe verwendet werden, wobei trotzdem nur kleine Verluste zum Halten bestimmter Positionen entstehen. Die Leistung für das Halten einer bestimmten Position entspricht den Eigenverlusten des Stellantriebs, da durch die hierfür erforderlichen durch den mitrotierenden Motor aufzubringenden Drehmomente nur Eigenverluste in Wicklungen im Stromkreis des Motors entstehen. Dies führt zu einer Verringerung der maximalen Stellleistung um einen Faktor zwischen 2 und 3 oder mehr. Beispielsweise kann die Ausgangsleistung eines solchen Motors von 300 W auf 111 W gesenkt werden, wenn die benötigte Stellleistung 100 W beträgt.
• Die Primärspule ist bevorzugt elektrisch an einen Spannungsregler angeschlossen, sodass sie mit einer konstanten Spannung versorgt wird, was gleichzeitig zu einer konstanten Ausgangsspannung der Sekundärspule führt.
• Die Verwendung des induktiven Leistungsübertragers als Hochsetzsteller, der bevorzugt durch eine geregelte Spannung gespeist wird, führt dazu, dass beispielsweise bis zu 90 % der erforderlichen Chipfläche für Leistungshalbleiter gegenüber den Lösungen gemäß dem Stand der Technik mit einem stationären Stator eingespart werden können. Zusätzlich reduziert sich der gesamte Leistungsbedarf in der Spitze um bis zu 80 %, wodurch auch die Leistungshalbleiter auf der stationären Seite erheblich kleiner ausgeführt werden. Trotz der durch die zusätzliche Energiewandlung bedingten höheren Anzahl von Funktionsbauteilen ist der Gesamtbedarf an Chipfläche in Summe aller Leistungshalbleiter deutlich kleiner als bei Lösungen mit stationärem Stator.
• Durch die Verwendung des Drehübertrages als geregelten Hochsetzwandler, der beispielsweise KFZ-typische Spannungen in Höhe von 6 V bis 28 V auf eine konstante Spannung in Höhe von 30 V (± 1 V) hochsetzt, kann eine konstante Versorgungsspannung des elektrischen Motors sichergestellt werden. Somit fließt in dem für die Auslegung relevanten ungünstigsten anzunehmenden Fall bei beispielsweise 120 W Ansteuerleistung nicht ein Strom in Höhe von 20 A, sondern nur ein Strom in Höhe von 4 A durch die Sekundärelektronik. Die Bauelemente können daher wesentlich kleiner ausgelegt werden. Da die geforderte Spannungsfestigkeit nicht ansteigt, könnte die Chipfläche bei gleichem Wirkungsgrad quadratisch zum Hochsetzfaktor sinken.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stellantriebes ist dieser dafür ausgelegt, dass eine von außen zum Betrieb des Stellantriebes zur Verfügung gestellte Versorgungsspannung grundsätzlich größer als die an der Primärspule anzulegende Spannung ist. Insofern diese Versorgungsspannung schwanken kann, ist deren Minimalwert größer als die an der Primärspule anzulegende Spannung. Die von außen zum Betreib des Stellantriebes zur Verfügung gestellte Versorgungsspannung ist in den meisten Fällen eine Gleichspannung. Anderenfalls ist sie bevorzugt gleichzurichten. Die als Gleichspannung anliegende Versorgungsspannung bzw. die gleichgerichtete Versorgungsspannung wird mit einem Wechselrichter (Zerhacker) in eine an die Primärspule anzulegende Wechselspannung gewandelt. Aufgrund der beschriebenen Spannungsverhältnisse bedarf es für den Betrieb des Wechselrichters lediglich einer Arbeitsweise als Tiefsetzwandler, wodurch der Aufwand für die Steuerelektronik nochmals gemindert ist. Die im Wechselrichter vorhandenen Transistoren werden bei einer möglichen Erhöhung der von außen zum Betrieb des Stellantriebes zur Verfügung gestellte Versorgungsspannung immer kürzer eingeschaltet, das heißt, dass das Tastverhältnis der Transistoren gesenkt wird. Hierdurch wird die an der Primärspule anliegende, von der Induktivität geglättete hochfrequente Wechselspannung begrenzt.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stellantriebs wird das Verstellelement über ein Planetengetriebe durch den Motor angetrieben. Ein Sonnenrad des Planetengetriebes ist drehfest am Rotor angebracht, während das Verstellelement durch ein oder mehrere Planetenräder des Planetengetriebes angetrieben wird. Ein Hohlrad des Planetengetriebes ist am Stator des Motors befestigt.
• Der Motor ist bevorzugt als Transversalflussmotor ausgebildet, auf dessen Stator das Hohlrad des Planetengetriebes aufgesetzt ist. Ein Vorteil des Transversalflussmotors besteht darin, dass er ein hohes Drehmoment und einen sehr niedrigen Klemmenwiderstand aufweist. Durch das Aufsetzen des Hohlrades des Planetengetriebes auf den Stator des Transversalflussmotors können der Stator und das Hohlrad eine funktionelle Einheit bilden, welche Platz sparend ausgeführt werden kann.
• Der erfindungsgemäße Stellantrieb ist insbesondere als Phasenversteller zum Verstellen der relativen Winkellage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors geeignet. Der erfindungsgemäße Stellantrieb ist jedoch auch für viele weitere Anwendungen geeignet, beispielsweise zum Verstellen der Winkellage einer Kurbel eines Kurbel-CFT. Bei einem Kurbel-CFT (continuously variable transmission) handelt es sich um ein kontinuierlich verstellbares Getriebe, bei welchem eine Verstellung dadurch erzielt wird, dass die Winkellage einer Kurbel verändert wird. Kurbel-CFT werden oft derart ausgeführt, dass sich mehrere Kurbeln in einem Getriebegehäuse drehen und einen gemeinsamen Abtrieb antreiben. Eine weitere Anwendung für den erfindungsgemäßen Stellantrieb ist die Verstellung einer Kupplung, beispielsweise einer Allradkupplung. Hierbei dient der erfindungsgemäße Stellantrieb zum Verschieben eines Verstellelementes einer rotierenden Kupplungsscheibe, welche gegenüber weiteren Komponenten der Kupplung in einem Gehäuse rotiert. Grundsätzlich ist der erfindungsgemäße Stellantrieb für unterschiedliche Verstellbewegungen des Verstellelementes geeignet, beispielsweise für rotatorische oder translatorische Verstellbewegungen.
• Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
• Die einzige 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stellantriebs in einer Querschnittsdarstellung. Der gezeigte Stellantrieb eignet sich insbesondere zur Verstellung der Phasenlage einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors gegenüber einem durch eine Kurbelwelle angetriebenen Antriebsrad. Der erfindungsgemäße Stellantrieb umfasst einen Transversalflussmotor 01 und ein Planetengetriebe 02. Der Transversalflussmotor 01 weist einen Rotor 03 und einen Stator 04 auf. Der Stator 04 ist durch ein Gehäuse 06 umschlossen, in welches ein Hohlrad 07 des Planetengetriebes 02 eingesetzt ist. Hierfür weist das Hohlrad 07 eine Anschlusshülse 08 auf, welche in einen inneren Umfang des Gehäuses 06 des Stators 04 eingesetzt ist und eine Befestigung am Stator 04 ermöglicht. Die Anschlusshülse 08 des Hohlrades 07 ist auf ein Wälzlager 09 aufgesetzt, welches seinerseits auf eine Welle 11 des Rotors 03 aufgesetzt ist. Das Wälzlager 09 ermöglicht eine Lagerung des Rotors 03 im Stator 04. Auf der Welle 11 des Rotors 03 ist ein Sonnenrad 12 des Planetengetriebes 02 befestigt. Das Sonnenrad 12 steht in Eingriff mit Planetenrädern 13, welche ihrerseits wiederum in Eingriff mit dem Hohlrad 07 stehen. Die Planetenräder 13 werden durch eine Planetenradführung 14 gelagert und geführt. Die Planetenradführung 14 weist einen Abtrieb 16 des Planetengetriebes 02 auf. Der Abtrieb 16 ist wie der Rotor 03 des Transversalflussmotors 01 um eine Drehachse 17 rotierbar.
• Wird der Stellantrieb als Phasensteller für eine Nockenwelle eines Verbrennungsmotors genutzt, so ist beispielsweise der Abtrieb 16 drehfest mit der Nockenwelle zu verbinden. Das Planetengetriebe 02 ist gegenüber dem Abtrieb 16 über das Hohlrad 07 anzutreiben, beispielsweise dadurch, dass ein Antriebsrad (nicht gezeigt) auf das Hohlrad 07 umfänglich aufgesetzt ist, welches durch die Kurbelwelle angetrieben wird. Solange sich der Rotor 03 im Transversalflussmotor 01 nicht dreht, ändert sich die relative Position des Sonnenrades 12 gegenüber den Planetenrädern 13 sowie gegenüber dem Hohlrad 07 nicht. Folglich bleibt das Planetengetriebe 02 in seiner Gesamtheit unverändert, sodass sich die Position des Antriebsrades gegenüber der Nockenwelle nicht verändert. Somit bleibt die Phasenlage der Kurbelwelle gegenüber der Nockenwelle konstant. Wird der Rotor 03 des Transversalflussmotors 01 angetrieben, so dreht sich das Sonnenrad 12 gegenüber dem Hohlrad 07, wodurch sich gleichzeitig die im Eingriff stehenden Planetenräder 13 drehen. Weiterhin wird hierdurch eine Drehung der Planetenradführung 14 gegenüber dem Hohlrad 07 bewirkt. Folglich ändert sich die Drehposition des Antriebsrades gegenüber der Nockenwelle, sodass eine Phasenverstellung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle ermöglicht ist.
• Der Rotor 03 des Transversalflussmotors 01 weist an seinem äußeren Umfang Dauermagnete 18 auf. Die Dauermagnete 18 rotieren zwischen zwei Leiterringen 19, welche in Pulverkerne 21 im Stator 04 eingebracht sind.
• Bei dem erfindungemäßen Stellantrieb rotieren der Stator 04 und der Rotor 03 des Transversalflussmotors 01 gemeinsam mit dem rotierenden Maschinenelement, beispielsweise mit einer Nockenwelle und deren Antriebsrad. Um die elektrische Energie zum Antrieb des Transversalflussmotors 01 von einem nicht rotierenden Maschinengestell, beispielsweise einem Gehäuse eines Verbrennungsmotors auf den rotierenden Transversalflussmotor 01 zu übertragen, weist der erfindungsgemäße Stellantrieb einen induktiven Leistungsübertrager 22 auf, welcher eine Primärspule 23 und eine Sekundärspule 24 umfasst. Die Primärspule 23 ist in einem Primärkern 26 angeordnet. Die Sekundärspule 24 ist in einem Sekundärkern 27 angeordnet. Die Sekundärspule 24 ist gemeinsam mit dem Sekundärkern 27 in einer zylinderförmigen Ausnehmung im Stator 04 des Transversalflussmotors 01 angeordnet und dort befestigt. Folglich rotiert die Sekundärspule 24 gemeinsam mit dem Stator 04. Die Primärspule 23 ist gemeinsam mit dem Primärkern 26 an einem Maschinengestell (nicht gezeigt) befestigt. Der induktive Leistungsübertrager 22 ist somit als ein Drehübertrager ausgebildet. Der Primärkern 26 mit der Primärspule 23 ist innerhalb einer zylinderförmigen Ausnehmung im Stator 04 angeordnet und steht dem Sekundärkern 27 mit der Sekundärspule 24 gegenüber. Zwischen der Primärspule 23 und der Sekundärspule 24 ist ein Luftspalt 28 ausgebildet, über welchen eine induktive Leistungsübertragung zwischen der Primärspule 23 und der Sekundärspule 24 erfolgt.
• Durch die Anordnung des Primärkerns 26 mit der Primärspule 23 in der zylinderförmigen Ausnehmung des Stators 04 bilden der induktive Leistungsübertrager 22 und der Transversalflussmotor 01 eine kompakte zylinderförmige Einheit. Die Primärspule 23 und die Sekundärspule 24 sind derart ausgeführt, dass der induktive Leistungsübertrager 22 einen Übertragungsfaktor größer als 1 aufweist und somit eine Erhöhung der Spannung durch die induktive Leistungsübertragung erfolgt. Beispielsweise können die in einem KFZ typischen Spannungen zwischen 6 und 28 V auf eine Spannung von über 30 V transformiert werden. Der Transversalflussmotor 01 weist eine sekundärseitige Steuerelektronik 29 auf, die am äußeren Umfang des Rotors 03 befestigt ist und einen Gleichrichter sowie eine Motoransteuerung umfasst. Weiterhin weist der Transversalflussmotor 01 eine primärseitige Steuerelektronik (nicht gezeigt) auf, die einen Spannungsregler zur Regelung der an der Primärspule 23 anliegenden Spannung umfasst, wodurch eine konstante Spannung an der Sekundärspule 24 gewährleistet wird. Der Gleichrichter und die Motoransteuerung in der sekundärseitigen Steuerelektronik 29 arbeiten lediglich mit dem durch das Spannungshochsetzverhältnis reduzierten Strom. Bei dem Spannungsregler in der primärseitigen Steuerelektronik kann es sich beispielsweise um einen Spannungsregler (vorzugsweise reiner Tiefsetzsteller) für eine Spannung von 6 V ± 0,2 V handeln. Die durch den induktiven Leistungsübertrager 22 um bis zu einen Faktor 5 (6 V auf 30 V) hochgesetzte und durch den in einem Zerhacker (nicht gezeigt) angeordneten Spannungsregler geregelte Spannung führt dazu, dass die erforderlichen Ströme kleiner werden. Sind beispielsweise 120 W Ansteuerleistung für den Stellantrieb erforderlich, so beträgt der maximale Strom durch die Steuerelektronik nur 4 A im Vergleich zu einem Strom von 20 A, der erforderlich wäre, wenn die minimale Spannung von 6 V nicht hochgesetzt würde. Hierdurch können die in der sekundärseitigen Steuerelektronik 29 verwendeten elektronischen Bauelemente wesentlich kleiner ausgelegt werden. Für das genannte Beispiel können die Widerstandwerte der elektronischen Bauelemente um einen Faktor höher ausfallen, der dem Quadrat des Verhältnisses der Spannungshochsetzung entspricht, ohne dass dies zu einer Erhöhung der Verluste in den elektronischen Bauelementen führt. Wird in der sekundärseitigen Steuerelektronik 29 beispielsweise ein MOSFET verwendet, so muss dessen Durchgangswiderstand lediglich 0,25 Ω statt 0,01 Ω betragen. Im gleichen Verhältnis kann die erforderliche Chipfläche von Leistungstransistoren bei steigendem Wirkungsgrad verringert werden. Mit der Größe (Kapazität) der Leistungstransistoren können auch Endstufentreiber mit deutlich kleinerer Chipfläche ausgeführt werden. Mit dem Strom reduzieren sich auch die Baugröße und Kosten von passiven Bauteilen (Kapazitäten und Induktivitäten), welche in der mit dem Stator 04 rotierenden sekundären Steuerelektronik 29 verwendet werden.
• Die elektronischen Bauelemente der sekundärseitigen Steuerelektronik 29, welche beispielsweise eine Endstufe und Gleichrichter umfasst, sind vorzugsweise in einen Smartpower-Baustein integriert. Hierdurch kann eine direkte Verdrahtung innerhalb einer Umspritzung eines Multichipbausteins erfolgen, der weitgehend den aktiven Teil der Steuerelektronik 29 darstellt, sodass kein Schaltungsträger oder ähnliche Komponenten für die sekundärseitige Steuerelektronik 29 erforderlich sind. Beispielsweise reduzieren sich durch die Verwendung eines Smartpower-Bausteines die Pinanzahl und damit die Anzahl der Lötstellen und der Leiterbahnen erheblich, beispielsweise von 80 auf 20.
• Der Smartpower-Baustein ist einschließlich Peripheriebausteinen in ein MID-Bauteil integriert. Bei einem MID-Bauteil (molded interconnected device) handelt es sich um einen Schaltungsträger, bei welchem metallische Leiterbahnen auf einen spritzgegossenen Kunststoffträger aufgetragen sind. Durch die Verwendung eines MID-Bauteiles kann auf zusätzliche Schaltungsträger, beispielsweise in Form einer Platine, verzichtet werden. Weiterhin können die erforderlichen Leiterbahnen dreidimensional geführt werden, sodass Kontaktstecker zum Transversalflussmotor 01 oder auch Lagesensoren des Transversalflussmotors 01 direkt kontaktiert werden können.
• Der erfindungsgemäße Stellantrieb muss im Gegensatz zu vielen Lösungen gemäß dem Stand der Technik nicht mit einem selbsthemmenden Getriebe ausgeführt werden. Folglich kann die Übersetzung des Getriebes kleiner gewählt werden. Daher werden mit einer kleineren Motorleistung auch bei geringen Drehzahlen hohe Drehmomente des Stellantriebes bewirkt.
• Der im Vergleich zum Stand der Technik höhere Wirkungsgrad des Übertragungsgetriebes 02 ermöglicht eine Senkung der durch den induktiven Leistungsübertrager 22 zu übertragenden Leistung, wodurch auch die Primärspule 23 für entsprechend niedrigere Ströme ausgelegt werden kann und die Belastung der Versorgung sinkt. Folglich können neben aktiven auch passive Bauelemente zur Ansteuerung der Primärspule 23 entsprechend kleiner ausgelegt werden. Halbleiter einer H-Brücke vor der Primärspule 23 werden vorzugsweise ebenfalls in eineneinen elektronischen Baustein integriert.
• Durch die im Vergleich zum Stand der Technik verringerten zu übertragenden elektrischen Leistungen können die elektronischen Bauelemente sowohl auf der Primär- als auch auf der Sekundärseite kleiner ausgeführt werden. Zusätzlich ist der LeistungsübertragerLeistungsübertrager 22 in den ringförmigen TransversalflussmotorTransversalflussmotor 01 integriert, sodass der Bauraumbedarf für den erfindungsgemäßen Stellantrieb gering ist. Zudem ist der Aufwand für ein nicht selbsthemmendes, niedrig übersetztes Übertragungsgetriebe 02 deutlich gesenkt.
• Bezugszeichenliste

01

Transversalflussmotor

02

Planetengetriebe

03

Rotor

04

Stator

05

-

06

Gehäuse des Stators

07

Hohlrad

08

Anschlusshülse des Hohlrades

09

Wälzlager

10

-

11

Welle des Rotors

12

Sonnenrad

13

Planetenräder

14

Planetenradführung

15

-

16

Abtrieb

17

Drehachse

18

Dauermagnete

19

Leiterringe

20

-

21

Pulverkerne

22

induktiver Leistungsübertrager

23

Primärspule

24

Sekundärspule

25

-

26

Primärkern

27

Sekundärkern

28

Luftspalt

29

sekundärseitige Steuerelektronik

Claims (14)

1. Stellantrieb für ein Verstellelement an einem gegenüber einem Maschinengestell rotierenden Maschinenelement, umfassend einen mit dem Maschinenelement rotierenden elektrischen Motor (01) zum Antrieb des Verstellelementes, der einen Rotor (03) und einen Stator (04) aufweist; und einen induktiven Leistungsübertrager (22), der eine Primärspule (23) am Maschinengestell und eine Sekundärspule (24) am Motor (01) umfasst, wobei die Primärspule (23) und die Sekundärspule (24) gegenüberstehend zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Windungszahl der Sekundärspule (24) größer als eine Windungszahl der Primärspule (23) ist.
2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellelement über ein Planetengetriebe (02) durch den Motor (01) angetrieben wird, und dass die Primärspule (23) elektrisch an einen Spannungsregler angeschlossen ist.
3. Stellantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sonnenrad (12) des Planetengetriebes (02) drehfest mit dem Rotor (03) des Motors (01) verbunden ist und dass das Verstellelement durch ein Planetenrad (13) des Planetengetriebes (02) angetrieben wird.
4. Stellantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hohlrad (07) des Planetengetriebes (02) am Stator (04) des Motors (01) befestigt ist.
5. Stellantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor durch einen Transversalflussmotor (01) gebildet ist, auf dessen Stator (04) das Hohlrad (07) aufgesetzt ist.
6. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (04) eine zylinderförmige Ausnehmung aufweist, in welcher die Primärspule (23) des Leistungsübertragers (22) angeordnet ist.
7. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungszahl der Sekundärspule (24) um den Faktor 2 bis 10 größer als die Windungszahl der Primärspule (23) ist.
8. Stellantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungszahl der Sekundärspule (24) um den Faktor 3 bis 5 größer als die Windungszahl der Primärspule (23) ist.
9. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannungsgleichrichter sowie weitere elektronische Bauelemente zur Ansteuerung des Motors (01) in einen Smartpower-Baustein integriert sind.
10. Stellantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Smartpower-Baustein einschließlich Peripheriebausteinen in ein MID-Bauteil (29) integriert ist.
11. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass er für eine von außen zum Betrieb des Stellantriebes zur Verfügung gestellte Versorgungsspannung ausgeführt ist, die größer als die an der Primärspule (23) anzulegende Spannung ist.
12. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass er zum Stellen des Verstellelementes an einer das rotierende Maschinenelement bildenden Nockenwelle eines Verbrennungsmotors ausgeführt ist.
13. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass er zum Stellen eines Verstellelementes an einer das rotierende Maschinenelement bildenden Kurbel eines Kurbel-CFT ausgeführt ist.
14. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass er zum Stellen eines Verstellelementes an einer das rotierende Maschinenelement bildenden Kupplungsscheibe einer Kupplung ausgeführt ist.

Images