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WO2015052124A2 - Elektrische maschine - Google Patents

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Publication number
WO2015052124A2
WO2015052124A2 PCT/EP2014/071325 EP2014071325W WO2015052124A2 WO 2015052124 A2 WO2015052124 A2 WO 2015052124A2 EP 2014071325 W EP2014071325 W EP 2014071325W WO 2015052124 A2 WO2015052124 A2 WO 2015052124A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
return element
electrical machine
motor shaft
stator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2014/071325
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English (en)
French (fr)
Other versions
WO2015052124A3 (de
Inventor
Peter Stauder
Marco Besier
Tom Kaufmann
Matthias SCHAAF
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Teves AG and Co OHG
Original Assignee
Continental Teves AG and Co OHG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Teves AG and Co OHG filed Critical Continental Teves AG and Co OHG
Publication of WO2015052124A2 publication Critical patent/WO2015052124A2/de
Publication of WO2015052124A3 publication Critical patent/WO2015052124A3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08—Structural association with bearings
    • H02K7/083—Structural association with bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
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    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
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    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/215—Magnetic effect devices, e.g. Hall-effect or magneto-resistive elements
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    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/38—Control circuits or drive circuits associated with geared commutator motors of the worm-and-wheel type
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    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H02K21/16—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having annular armature cores with salient poles
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    • H02K5/16—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields
    • H02K5/173—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings
    • H02K5/1732—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2205/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to casings, enclosures, supports
    • H02K2205/03—Machines characterised by thrust bearings

Definitions

  • the invention relates to an electrical machine having a stator with at least two excitation coils and a rotor arranged therein, which is rigidly connected to a rotatably mounted motor shaft, and with at least one radially inwardly disposed of the rotor yoke element.
  • Such electrical machines are used as electric motors in multiplex brake systems, in which by a
  • Electric motor and a gearbox a plunger or pressure piston is driven, whereby in example a hydraulic pressure chamber, a brake pressure can be built up.
  • This high dynamic demands are placed on the electrical machine, as fast and precise control operations such. B. ABS, TCS, etc. should be possible.
  • a decisive factor in this case is the rotational inertia of the motor or its rotor, which is particularly significant during rapid reversals and accelerations of the motor shaft.
  • translational inertia fall only UNWE ⁇ sentlich significant.
  • a significantly lower mass moment of inertia can also be achieved by decoupling the mass inertia of the rotor iron yoke from the mass inertia of the rotor. Then you can also choose a small number of pole pairs without having to accept dynamic restrictions.
  • a known solution provides that a part of the Ro ⁇ gate iron yoke is firmly attached to the motor housing. It is thus not involved in the rotation of the rotor and thus does not contribute to its moment of inertia.
  • a Elect ⁇ -driven drive, in which the iron yoke is formed by an internal stator, is known from WO 2007/022833 AI ⁇ be known. However, such a configuration has losses due to magnetization and eddy currents at high speeds.
  • the air gap must not be too low. If particles enter the air gap between the iron yoke fixed to the engine housing and the rotor, the engine may lock, which can lead to dangerous situations in safety-critical driving situations when the engine is used to build up pressure in a brake system.
  • the invention is therefore based on the object to provide an electrical machine with a low moment of inertia, in which the problems described above are avoided.
  • This object is achieved in that the respective return element is rotatably mounted around the motor shaft.
  • the invention is based on the consideration that, in order to avoid magnetization problems, the iron yoke does not Should be part of the stator. On the other hand, it should not be rigidly connected to the rotor, since then results in a high moment of inertia of the rotor.
  • an electric motor having a low moment of inertia by the iron yoke as a rotatably mounted sleeve of the motor shaft from ⁇ is formed. Due to the rotatable mounting, it is also set in rotation when the motor shaft rotates uniformly over a longer period of time. For dynamic and fast
  • the respective return element is advantageously mounted with at least one rolling bearing on the shaft.
  • the at least one rolling bearing is advantageously designed as a ball bearing.
  • An alternative embodiment are plain bearings.
  • the respective return element is supported by two ball bearings.
  • the electric machine preferably has between 9 and 15 stator poles. If the number of stator poles is a multiple of three, this facilitates efficient driving of the electric motor using methods known per se, such as space vector modulation. With regard to a favorable compromise between production costs and efficiency, in particular 5 pole pairs on the rotor and 12 stator poles are advantageous. Compared to a configuration with 7 pairs of poles and an increased number of stator poles, the stator frequency and thus also the reversal of magnetization and eddy current losses are reduced. An inner air gap formed in the radial direction between the return element and the rotor is advantageously surrounded or encapsulated by a capsule.
  • the capsule can then be formed in ⁇ example by a cylindrical Au- infomantel the rotor and two at the axial ends of the rotor at least partially disc-like covers through which the motor shaft is guided.
  • the return element is preferably made of electrical steel or conventional ferritic steel (structural steel). It can be made of solid steel or stacked electrical sheets.
  • the return element is advantageously designed sleeve-like, d. H. it essentially has the shape of a hollow cylinder, wherein the motor shaft extends in the interior of the cylinder in the axial direction.
  • the rotor is preferably sleeve-shaped, d. H. essentially formed as a hollow cylinder, wherein in its interior
  • Motor shaft extend around which the return element is rotatably mounted, and being mounted on the outside of permanent magnets. It is particularly advantageous if the rotor is rigidly connected to the motor shaft at both ends of the sleeve. This increases the stability and at the same time ensures an encapsulation of the inner air gap.
  • the electric machine is preferably designed as a brushless electric motor, wherein the rotor comprises one or more pole pairs of permanent magnets, in particular 5 pole pairs.
  • a brushless electric motor can be controlled very flexibly and delivers a high torque in a compact space.
  • the electric machine is therefore particularly well suited for use for active pressure build-up in brake circuits in electro-hydraulic, in particular multiplex-capable, braking systems.
  • the advantages of the invention are, in particular, that the rotatable mounting of the iron yoke in dynamic situations, such as occur during control processes in a brake system, does not contribute to the moment of inertia of the rotor, so that rapid and precise reversing of the rotor Motors are allowed.
  • the encapsulation of the air gap can prevent particles from entering there.
  • the motor according to the invention is versatile. Due to the low inertia of the rotor, it is in particular ⁇ special for dynamic requirements, but also for applications where long maturities occur with little variable speed, for example as a fan motor.
  • the iron yoke rotates with a locking effect by particles that have entered the rotor, resulting in a motor with increased mass moment of inertia, but the basic functionality is maintained.
  • FIG. 1 is a longitudinal section through a perspective Dar ⁇ position of an electric motor in a preferred embodiment
  • FIG. 2 is a partial section of a perspective
  • FIG. 3 is an enlarged longitudinal section of the electric motor according to FIG. 1 and 2.
  • FIG. 1 illustrated electric machine 2 has a rotor 8 with a motor shaft 14 which is rotatably mounted in two ball bearings ⁇ Ku ⁇ 20, 26. To determine the rotor position a fixed to the rotor 8 and with it rotating magnetic encoder 32 and an adjacent mounted on a housing 38 of the engine magnetic field sensor 44 is provided. A stator 50 surrounding the rotor 8 is shown in FIG. 1 hidden.
  • the electric machine 2 is optimized to have the lowest possible inertia of the rotor 8.
  • a sleeve-shaped or cylindrical recoil element 56 or iron yoke element which consists of ferromagnetic material, in particular iron, and which surrounds the motor shaft 14, is mounted rotatably about the motor shaft 14 with the aid of two ball bearings 62, 68. That is, the motor shaft 14 and the return element 56 are rotatable against each other.
  • the motor shaft 14 In the radial direction 74, the motor shaft 14, the two ball bearings 62, 68, the return element 56, an annular inner air gap 80 and an outer sheath 86 are arranged one inside the other in the region of the rotor 8.
  • the outer jacket 86 of the rotor 8 is made up of an inner layer 88 and an outer layer 90.
  • the inner layer 88 is preferably made of deep-drawn sheet steel and forms a minimum iron yoke
  • the outer layer 90 includes the Perma ⁇ nentmagnete or rotor magnets.
  • the Perma ⁇ nentmagnete commonly glued to the base body 88, even more secure to protect against delamination with a bandage overall. This can be done by an aluminum sleeve, stainless steel sleeve, shrink tube or glass fiber / carbon fiber winding.
  • the return element 56 will rotate synchronously or only with a slight difference in speed to the rotor 8, whereby the losses in the iron yoke can be minimized.
  • the inner air gap 80 extends between the return element 56 and the outer jacket 86.
  • this air gap 80 should be as narrow as possible, so that the mag ⁇ netic flow between the stator 50 and return element 56 as strong as possible is.
  • an axial air gap 102, 108 is formed in each case. Due to the magnetic field configuration, the axial air gaps 102, 108 may be greater than the inner air gap 80.
  • a magnetic sensor preferably used as a magnetoresistive sensor.
  • the magnetic encoder 32 is scanned with a magnetic field sensor 44 or sensor element, which is mounted on an electrical circuit board 114.
  • the reference numeral 120 denotes the housing cover.
  • stator 50 and the rotor 8 arranged therein are shown in perspective with a partial section, the stator having excitation coils 130, 136 and a stator core 146.
  • the embedding of rotor 8 and stator 50 in the housing 38 is shown in FIG. 3 shown in a longitudinal section.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

Elektrische Maschine (2) mit einem Stator (50) mit wenigstens zwei Statorpole bildenden Erregerspulen (130, 136) und einem darin angeordneten Rotor (8), der starr mit einer drehbar gelagerten Motorwelle (14) verbunden ist, und mit wenigstens einem radial innerhalb des Rotors (8) angeordneten Rückschlusselement (56), soll ein geringes Massenträgheitsmoment aufweisen. Dazu ist vorgesehen, dass das jeweilige Rückschlusselement (56) drehbar um die Motorwelle (14) gelagert ist.

Description

Elektrische Maschine
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

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Maschine (2) mit einem Stator (50) mit wenigstens zwei Statorpole bildenden Erregerspulen (130, 136) und einem darin angeordneten Rotor (8), der starr mit einer drehbar gelagerten Motorwelle (14) verbunden ist, und mit wenigstens einem radial innerhalb des Rotors (8) angeordneten Rück¬ schlusselement (56) , dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Rückschlusselement (56) drehbar um die Motorwelle (14) gelagert ist.
2. Elektrische Maschine (2) nach Anspruch 1 , wobei das j eweilige Rückschlusselement (56) mit wenigstens einem Wälzlager (62, 68) an der Welle gelagert ist.
3. Elektrische Maschine (2) nach Anspruch 2, wobei das we¬ nigstens eine Wälzlager (62, 68) als Kugellager ausgebildet ist .
4. Elektrische Maschine (2) nach Anspruch 3 , wobei das j eweilige Rückschlusselement (56) durch zwei Kugellager (62, 68) gelagert ist.
5. Elektrische Maschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit 9 bis 15 Statorpolen, insbesondere mit 12 Statorpolen.
6. Elektrische Maschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein in radialer Richtung zwischen Rückschlusselement (56) und Rotor (8) gebildeter innerer Luftspalt (80) von einer Kapsel umgeben ist.
Elektrische Maschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Rückschlusselement (56) aus massivem Stahl oder als gestapelte Elektrobleche gefertigt ist.
8. Elektrische Maschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Rückschlusselement (56) hülsenartig ausgebildet ist .
9. Elektrische Maschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Rotor (8) hülsenförmig ausgebildet ist, vorzugsweise an beiden Enden der Hülse starr mit der Motorwelle verbunden ist.
10. Elektrische Maschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die als bürstenloser Elektromotor ausgebildet ist, wobei der Rotor ein oder mehrere Polpaare aus Permanentmagneten umfasst, insbesondere 5 Polpaare aufweist.
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