DE60203943T2

DE60203943T2 - Elektrischer motor mit an das zu drehende element gekoppeltem rotor

Info

Publication number: DE60203943T2
Application number: DE60203943T
Authority: DE
Inventors: Sascha Mantovani
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-01-04
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2022-12-28
Also published as: ATE294076T1; DE60203943D1; EP1461222A1; US20050104472A1; AU2002353411A1; US7105965B2; EP1461222B1; WO2003055712A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, der einen Rotor und einen Stator aufweist, die beide in einem Rahmen enthalten sind, und der zum Drehantrieb eines mit ihm verbundenen Elementes elektrische Energie verwendet, insbesondere einen Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, siehe die US-A-5 382 854.
Gewöhnlich (wie bei einer motorangetriebenen Kreiselpumpe) ist der Rotor eines Motors dieses Typs integral mit einer koaxialen Welle ausgebildet, zu der er das Antriebsdrehmoment überträgt, wobei nur ein Ende der Welle aus dem Rahmen vorsteht.
Dieser Motortyp weist jedoch aufgrund der Tatsache, dass er in der oben beschriebenen Weise angebracht werden muss, in seinen Betriebsarten erhebliche Einschränkungen auf.
Um ein Beispiel zu nennen, ist es bei einem Selbstantrieb aufgrund der Tatsache, dass die Welle, die vom Elektromotor angetrieben wird, nur auf einer Seite des Elektromotor vorsteht, unmöglich, diese direkt an der Achse der Antriebsräder anzubringen. Zum Übertragen der Drehung des Rotors auf die Achse muss deshalb ein Transmissionssystem verwendet werden.
Dieses erzeugt Probleme bezüglich der Herstellungskosten, des Raumbedarfs, der unvermeidlichen Energieverluste und der Ungenauigkeit bei der Übertragung des Antriebsdrehmoments.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat eine Lösung für dieses Problem geschaffen, indem er einen Motor entwickelt hat, der – während er die gleichen wesentlichen Teile (Rotor, Stator und Rahmen) wie ein bekannter Elektromotor aufweist -infolge der besonderen Anordnung seiner Teile und ihrer Verbindungen in einer sehr viel vorteilhafteren Weise angebracht werden kann.
Der Elektromotor gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor hohl ist und sein Innenraum eine Welle aufnimmt, die als Halterung für den Rotor, für das Element und für den Rahmen wirkt, wobei der Rahmen mittels einer Befestigung an einer Struktur angeschlossen ist, die an der Rotation des Elementes nicht teilnimmt.
Zwei bevorzugte Ausführungsformen, die für Selbstantriebsanwendungen geeignet sind, werden nachfolgend detailliert beispielhaft beschrieben, wobei keine Begrenzung oder Beschränkung derselben enthalten ist, zu welchem Zwecke auch auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform des Elektromotors gemäß der Erfindung, der an eine Nabe eines Rades angeschlossen ist, wobei ein Teil des Rotors direkt an der Nabe angebracht ist,
2 eine Ausführungsform, bei welcher dieses Teil an die Nabe über ein dazwischenliegendes geschwindigkeitsreduzierendes Getriebe anschlossen ist, und
3 einen Längsschnitt durch eine Drehspindel, die durch den Elektromotor der Erfindung angetrieben wird.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist der Rahmen 3 durch eine zylindrische Welle 5 mittels drehender Lager 10, 11 gelagert. Um den Rahmen 3 ortsfest zu halten, ist er an eine Stange 6 angeschlossen, die auch mit (nicht dargestellten) Verbindungen oder dämpfenden elastischen Halterungen versehen ist, wobei die Stange selbst an einem Teil des Rahmens des (nicht dargestellten) Fahrzeugs fixiert ist, an dem der Motor installiert ist.
Ein Stator 1 ist durch dem Fachmann bekannte Systeme integral mit dem Rahmen 3 verbunden, dessen Innenraum den Stator 1, ebenfalls allgemein bekannten Typs, koaxial aufnimmt.
Innerhalb des Stators und zu diesem koaxial ist ein Rotor 2 vorgesehen, der ebenfalls ein geeignet geformtes Teil 2c enthält, das aus dem Rahmen 3 vorsteht und das an der Nabe 4 eines Rades des Fahrzeugs fixiert ist, und das sich deshalb mit dem Rotor 2 einteilig dreht. Schließlich ist zum Zentrum näher koaxial ein Lagerelement 3a angeordnet, das mit dem Rahmen einstückig ausgebildet ist, und das auch, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel, ein Teil des Rahmens 3 selbst sein kann, so dass die Nabe 4 nach dem Einfügen der oben erwähnten drehenden Lager 10, 11 mit geeigneten Distanzringen 17 festgeklemmt werden kann.
Ein weiteres drehendes Lager 12 (oder mehr als eines zum Reduzieren der radialen Dicke bei derselben Belastung) ist schließlich zwischen dem Rotor 2 und dem Lagerelement 3a eingefügt, um eine Lagerung des Rotors 2 ohne Behinderung seiner relativen Rotation zu ermöglichen.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist der Elektromotor, der an der Welle 5 angebracht ist, die das Element 3a und den Rahmen 3 lagert, kompakt und benötigt einen sehr kleinen Bauraum.
Die an den Elektromotor der erfindungsgemäßen Ausführungsformen angeschlossene Welle 5 wirkt auch als ein Element, das die Last zwischen den Rädern einer Achse anschließt und verteilt, während die Rotation durch die an die Räder angeschlossenen Motoren auf die Räder übertragen wird. Es ist klar, dass ein Elektromotor gemäß der Erfindung für jedes der an beiden Enden der Welle vorgesehenen Räder eingesetzt werden kann, woraus sich eine große Funktionsvielfalt und eine vereinfachte Montage und Bedienung ergibt.
2 verdeutlicht eine Lösung für den Fall, in welchem zwischen dem Motor und dem Rad eine Geschwindigkeitsreduktion erforderlich ist, d.h. wenn das Rad eine kleinere Winkelgeschwindigkeit besitzt als der an das Rad angeschlossene Elektromotor.
Der Rahmen 3, der Stator 1 und der Rotor 2 sind so angeordnet, wie bereits oben beschrieben worden ist, aber das Teil 2c des Rotors 2, das vom Rahmen 3 vorsteht, ist nun nicht derartig gestaltet, dass es an der Nabe 4 fixiert ist, sondern es enthält stattdessen ein erstes Ringzahnrad 8, das mit einem Zahnrad 13 kämmt, das an einer Drehspindel 16 gelagert ist, die mit der Nabe 4 einstückig ausgebildet ist. Das Zahnrad 13 kämmt selbst mit einem zweiten Ringzahnrad 9, das am Rahmen 3 ausgebildet ist.
Eine Rotation des vorstehenden Teiles 2c des Rotors 2 und seines ersten Ringzahnrades 8 bewirkt eine Rotation des Zahnrades 13, das an die Nabe 4 angeschlossen ist, und eine Drehung um die Welle 5 entlang des zweiten Ringzahnrades 9 mit einer Drehgeschwindigkeit, die gleich ist der Drehgeschwindigkeit des Rotors 2 geteilt durch das Verhältnis der Anzahl der Zähne des zweiten Ringzahnrades 9 zur Anzahl der Zähne des ersten Ringzahnrades 8. Mit passenden Zähnezahlen ist die Drehgeschwindigkeit der Nabe 4 gleich der Drehgeschwindigkeit des Zahnrades 13 und folglich um den gewünschten Betrag kleiner als die des Rotors 2.
3 zeigt eine Drehspindel, die durch einen Elektromotor angetrieben wird, der gemäß der Erfindung herstellt ist und der einen Rotor 2' und einen Stator 1' aufweist. Diese Art der Anwendung zeigt sehr klar die oben beschriebenen Vorteile, die sich durch die Erfindung ergeben, wie insbesondere die kleine Größe des Elektromotors und folglich der Drehspindel selbst, wobei das äußere Gehäuse als ein Rahmen 3' dient.
Die Bauform des Elektromotors kann auf Basis der Vorlieben des Entwicklers ausgewählt werden, aber der Erfinder empfiehlt die Verwendung eines Asynchronmotors, der durch einen Hochfrequenzumformer versorgt wird.
Es ist klar, dass die Form und die relative Anordnung der Teile durch einen Fachmann in Abhängigkeit von den besonderen Erfordernissen modifiziert werden können.
Der Schutzumfang ist durch die nachfolgenden Ansprüche bestimmt.
Die oben beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen sind deshalb nicht als obligatorisch oder begrenzend zu betrachten.

Claims

Elektromotor, der einen Stator und einen dazu koaxialen Rotor aufweist, die beide in einem mit dem Stator einteiligen Rahmen enthalten sind, wobei der Motor dazu geeignet ist, ein Element um eine Drehachse zu drehen, die mit der Achse des Rotors (2, 2') und des Stators (1, 1') zusammenfällt, wobei der Rotor (2, 2') an das Element (4) zu dessen Drehung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2, 2') hohl ist und sein Innenraum eine Welle (5) aufnimmt, die als Halterung für den Rotor (2, 2'), für das Element (4) und für den Rahmen (3) wirkt, wobei der Rahmen (3) mittels einer Befestigung (6) an eine Struktur angeschlossen ist, die an der Rotation des Elementes (4) nicht teilnimmt.
Elektromotor nach Anspruch 1, bei dem das Element, das gedreht wird, ein Teil (4) ist, das sich einteilig mit einem Rad eines Fahrzeugs dreht.
Elektromotor nach Anspruch 2, bei dem der Rotor (2) mit dem Teil (4) eines Rades eines Fahrzeugs einteilig ist und sich deshalb mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Rad dreht.
Elektromotor nach Anspruch 2, bei dem der Rotor (2) drehend an das Teil (4) eines Rades des Fahrzeugs durch ein gezahntes Element (13) angeschlossen ist, das an dem Teil (4) drehbar gelagert ist und mit Zähnen (8, 9) kämmt, die am Rotor (2) und am Rahmen (3) ausgebildet sind, wobei der Rotor (2) sich mit einer Geschwindigkeit dreht, die von der des Rades verschieden ist.
Elektromotor nach Anspruch 3, bestehend aus a) einer zylindrischen Welle (5), b) einem Außenrahmen (3), der zur Welle (5) koaxial ist, durch den sie mittels eines oder mehrerer Wälzreibungslager (10, 11) gelagert ist, c) einer Anschlussstange (6), die den Rahmen (3) an ein Teil des Rahmens des Fahrzeugs anschließt, d) einem Stator (1 ), der intern und koaxial am Rahmen (3) verkeilt ist, e) einem Rotor (2), der zum Stator (1) koaxial ist und ein Teil (2c) aufweist, das sich einteilig mit einem Teil (4) eines Rades des Fahrzeugs dreht, f) einem Stützelement (3a), das koaxial in die zylindrische Welle (5) zwischen dem Rahmen und der Nabe (4) des Rades des Fahrzeugs eingefügt ist, g) einem oder mehreren Wälzlagern (10, 11), die zwischen die Welle (5) und das Stützelement (3a) eingefügt sind, und h) einem oder mehreren Wälzlagern (12), die zwischen dem Stützelement (3a) und dem Rotor (2) angeordnet sind.
Elektromotor nach Anspruch 4, bestehend aus a') einer zylindrischen Welle (5), b') einem Außenrahmen (3), der zur Welle (5) koaxial ist, durch den sie mittels eines oder mehrerer Wälzreibungslager (10, 11) gelagert ist, c') einer Anschlussstange (6), die den Rahmen (3) an ein Teil des Rahmens des Fahrzeugs anschließt, d') einem Stator (1 ), der intern und koaxial am Rahmen (3) verkeilt ist, e') einem Rotor (2), der zum Stator (1) koaxial ist und ein erstes Ringzahnrad (8) besitzt, das mit den Zähnen eines Zahnrades (13) kämmt, das an einem Teil (4) eines Rades eines Fahrzeugs drehbar gelagert ist, und das selbst ebenfalls mit einem zweiten Ringzahnrad (9) kämmt, das am fixierten Rahmen (3) ausgebildet ist, f') einem Stützelement (3a), das koaxial in die zylindrische Welle (5) zwischen dem Rahmen und der Nabe (4) des Rades des Fahrzeugs eingefügt ist, g') einem oder mehreren Wälzlagern (10, 11), die zwischen die Welle (5) und das Stützelement (3a) eingefügt sind, und h') einem oder mehreren Wälzlagern (12), die zwischen dem Rotor (2) und dem Stützelement (3a) eingefügt sind.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem das zu drehende Element die Nabe (4) eines Rades eines Fahrzeugs ist.
Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ein hochfrequenzgespeister Asynchronmotor ist.