WO2025219327A1 - Torquemotor - Google Patents

Torquemotor

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WO2025219327A1
WO2025219327A1 PCT/EP2025/060230 EP2025060230W WO2025219327A1 WO 2025219327 A1 WO2025219327 A1 WO 2025219327A1 EP 2025060230 W EP2025060230 W EP 2025060230W WO 2025219327 A1 WO2025219327 A1 WO 2025219327A1
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WO
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stator
torque motor
rotor
segment
motor according
Prior art date
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PCT/EP2025/060230
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French (fr)
Inventor
Peter Fischer
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Fischer Elektromotoren GmbH
Original Assignee
Fischer Elektromotoren GmbH
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Publication date
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K26/00—Machines adapted to function as torque motors, i.e. to exert a torque when stalled
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K2201/15—Sectional machines
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • a torque motor is a high-pole, electric direct drive. Torque motors have very high torques at relatively low speeds. Torque motors can be used, for example, as direct drives in rotary tables. They can also be used in devices for computer and magnetic resonance tomography. 10 STATE OF THE ART Torque motors can be implemented as external rotors or internal rotors. With an external rotor, the stator is arranged inside and the rotor outside, whereas with an internal rotor, the rotor is arranged inside and the stator outside. 15 External rotors are generally more common, as they provide greater torque for the same size.
  • Torque motors operate according to the same principle as normal synchronous motors.
  • the permanent magnets are usually glued to the inside of a tubular socket (hollow shaft) forming the rotor.
  • the stator consists of a multitude of coils embedded in an iron matrix. These coils are star-connected and supplied with three-phase current. The respective speed depends on the frequency. Due to the relatively high number of poles, high torque can be achieved at low speeds. 25 This is particularly true when the torque motor is arranged with a horizontal axis of rotation, as is the case, for example, in applications in computer and electronics. Page 1 of 10 April 14, 2025 If magnetic resonance imaging is required, special bearing requirements may arise. This can lead to a certain amount of bearing wear, particularly if the drive motor is heavy, including any attachments.
  • EP 3057209 B1 discloses a corresponding torque motor with a stator and a rotor. Excitation coils are arranged on the stator, while permanent magnets are arranged on the rotor, which are radially opposite the excitation coils across an air gap. By electrically controlling the excitation coils, the rotor can be set in rotation relative to the stator, with the axis of rotation in this case running horizontally. With an internal rotor, the vertically upper half of the stator in the direction of the gravitational force is completely equipped with excitation coils, while the vertically lower half of the stator has no excitation coils.
  • the vertically lower half of the stator is completely equipped with 15 excitation coils, while the vertically upper half of the stator has no excitation coils.
  • This arrangement of the excitation coils allows the gravitational force acting on the rotor to be at least partially compensated, thus reducing the bearing load.
  • the object of the invention is to provide an improved torque motor in which the bearing load relief can be adjusted as variably as possible.
  • the torque motor according to the invention is defined by the features of main claim 1. Useful developments of the invention are the subject of further claims following this claim.
  • the torque motor according to the invention has a stator with excitation coils and a rotor with permanent magnets.
  • the excitation coils of the stator and the permanent magnets of the rotor are radially spaced from each other via an air gap.
  • Page 2 of 10 April 14, 2025 so that the rotor can be set in rotation about a horizontal axis of rotation.
  • the rotor is ring-shaped.
  • the stator has at least one circular-arc-shaped stator segment in which several excitation coils are combined.
  • the at least one stator segment spans an angular range of a maximum of 160 degrees, in particular a maximum of 135 degrees.
  • the stator is thus no longer ring-shaped; rather, the stator comprises at least one circular-arc-shaped stator segment.
  • An arc-shaped segment is easier to assemble, transport, and store, so that overall cost-effective production is possible.
  • the at least one circular-arc-shaped stator segment allows the required motor power to be precisely calculated and adjusted.
  • the design of a single stator segment is already advantageous.
  • the arrangement of the individual stator segments can be made in the vertically upper half of the stator in the direction of the gravitational force, so that the weight force acting on the bearing (process load) can be at least partially compensated by the individual stator segment.
  • the individual stator segment can be arranged in the vertically lower half of the stator in the direction of the gravitational force.
  • the stator can comprise several circular-arc-shaped stator segments. The individual stator segments can thus be made smaller, so that assembly and storage can be further simplified.
  • the individual stator segments can be distributed around the stator 25 in such a way that the weight force acting on the bearing (process load) can be compensated as optimally as possible.
  • the angular range of at least one stator segment can in principle be freely selected.
  • the individual stator segments each span a multiple of the base motor, so that individual adaptation to the Page 3 of 10 April 14, 2025 respective requirements.
  • the circular-arc-shaped stator segments can each span approximately 45 degrees or 60 degrees each.
  • all circular-arc-shaped stator segments can be arranged in the vertically upper half of the stator in the direction of the gravitational force.
  • stator segments can correspondingly be arranged in the vertically lower half of the torque motor in the direction of the gravitational force. In this way, all stator segments can contribute to balancing the weight force (process load) acting on the bearing, so that maximum balancing of the weight force (process load) is possible.
  • two of the circular-arc-shaped stator segments can be arranged opposite one another.
  • the stator segments can, for example, be combined into two groups, with the two groups being arranged on either side of the stator. In this case, the weight force acting on the bearing (process load) is not compensated by the stator segments. However, such compensation is not necessary in all applications.
  • the stator has at least one circular arc-shaped sheet metal segment.
  • this sheet metal segment cannot contribute to driving the rotor, it can be used to individually adjust the weight force acting on the bearings (process load).
  • the design of a stator with a circular arc-shaped sheet metal segment is therefore of independent inventive significance.
  • the stator is designed with at least one stator segment, the at least one sheet metal segment and the at least one stator segment can have identical radii.
  • the at least one sheet metal segment can be arranged centrally in the direction of the gravitational force in a torque motor designed as an internal rotor. Page 4 of 10 April 14, 2025 upper half of the stator.
  • the at least one lamination segment can be arranged in the vertically lower half of the stator in the direction of the gravitational force. In this way, the lamination segment can optimally contribute to compensating the weight force (process load) acting on the bearing.
  • the at least one lamination segment can be arranged centrally in the vertically lower half of the stator in the direction of the gravitational force.
  • the at least one lamination segment 10 can be arranged in the vertically upper half of the stator in the direction of the gravitational force. The lamination segment can thus amplify the weight force (process load) acting on the bearing.
  • the at least one lamination segment can be arranged between two stator segments.
  • the at least one sheet metal segment can be adjacent to a stator segment on both sides.
  • a certain mutual distance can be maintained between the at least one sheet metal segment and at least one of the two adjacent stator segments.
  • the at least one sheet metal segment can consist, in particular, of a layered electrical steel sheet.
  • the air gap between the permanent magnets of the rotor and the at least one sheet metal segment can be individually adjustable.
  • FIG. 1 A first embodiment of the torque motor 10 according to the invention is shown schematically in Fig. 1.
  • the torque motor 10 has an annular rotor 12, which is provided with permanent magnets 14 in the usual way.
  • the rotor 12 is rotatably mounted relative to the stator 16 in the usual way. This can be achieved by means of a conventional bearing system, in particular by means of rolling bearings.
  • the stator 16 has a single stator segment 20.
  • the stator segment 20 spans an angular range of approximately 120 degrees.
  • excitation coils (not shown here) are combined in the stator segment 20.
  • the excitation coils are available to the Page 6 of 10 April 14, 2025 permanent magnets 14 arranged on the rotor 12 are arranged radially opposite one another across an air gap 24.
  • the rotor 12 can be set in rotation relative to the stator 16 about the axis of rotation 26 running in the horizontal direction via the magnetic fields extending across the air gap 24.
  • the torque motor 10 is designed as an internal rotor. The rotor 12 is thus arranged internally.
  • the stator segment 20 is therefore arranged in the vertically upper half of the stator 16 in the direction of the gravitational force.
  • the stator segment 20 therefore contributes to compensating for the weight force (process load) acting on the bearings.
  • the torque motor according to Fig. 1 could also be designed as an external rotor and thus with the rotor 12 located on the outside. In this case, the stator segment 20 would be arranged in the lower half of the stator 16, in the direction of the gravitational force.
  • a second embodiment of the torque motor 10.2 according to the invention is shown schematically in Fig. 2.
  • the torque motor 10.2 has an annular rotor 12, which is provided with permanent magnets 14 in the usual way.
  • the rotor 12 is rotatably mounted relative to the stator 16.2 in the usual way.
  • the stator 16.2 has one stator segment 20 that spans an angular range of approximately 120 degrees. Since the torque motor 10.2 in the present example is designed as an internal rotor, the individual stator segment 20 is arranged centrally in the vertically upper half of the stator 16.2, in the direction of the gravitational force. In the present example, this results in overcompensation of the weight force acting on the bearings (process load).
  • a circular sheet metal segment 30 is arranged in the center of the lower half of the stator 16.2, vertically aligned in the direction of the gravitational force, as a force relief segment. Page 7 of 10 April 14, 2025
  • the length of the sheet metal segment 30 can be adapted to the required compensating force.
  • a third embodiment of the torque motor 10.3 according to the invention is shown schematically in Fig. 3.
  • the torque motor 10.3 has an annular rotor 12, which is provided with permanent magnets 14 in the usual way.
  • the rotor 12 is rotatably mounted relative to the stator 16.3 in the usual way.
  • the stator 16.3 has a total of four identically constructed stator segments 20.3.
  • the four stator segments 20.3 are each identically constructed and, in the present example, each span an angular range of approximately 45 degrees.
  • the stator segments 20.3 are divided into two groups, each with two stator segments 20.3.
  • the two groups are each arranged at the level of the equator 28 of the stator 16.3.
  • the torque motor 10.3 is designed as an internal rotor.
  • a circular arc-shaped sheet metal segment 30.3 is arranged in the center of the vertically upper half of the stator 16.3 in the direction of the gravitational force in this example.
  • the sheet metal segment 30.3 serves as a force relief segment, so that the weight force (process load) acting on the bearings can be compensated as completely as possible by the sheet metal segment 30.3.
  • the length of the sheet metal segment 30.3 can be adapted to the required balancing force.
  • the sheet metal segment 30.3 borders on both sides of the adjacent stator segments 20.3.
  • a certain distance to the adjacent stator segment 20 could also be present on both sides or one side of the sheet metal segment 30.3 (see also Fig. 4 or 5).
  • the torque motor 10.3 according to Fig. 3 could also be designed as an external rotor and thus with external rotor. Page 8 of 10 April 14, 2025 lying rotor 12.
  • FIG. 4 A fourth embodiment of the torque motor 10.4 according to the invention is shown schematically in Fig. 4.
  • the torque motor 10.4 has an annular rotor 12, which is provided with permanent magnets 14 in the usual way.
  • the rotor 12 is rotatably mounted relative to the stator 16.4 in the usual way.
  • the stator 16.4 has a total of two identically constructed stator segments 20.4.
  • the two stator segments 20.4 each span an angular range of approximately 60 degrees and are thus somewhat larger than the stator segments 20.3.
  • stator segments 20.4 are arranged opposite one another, with both stator segments 20.4 each bordering the equator 28 of the stator 16.4. As a result, the two stator segments 20.4 do not balance the forces acting on the bearings.15
  • the torque motor 10.4 is designed as an internal rotor.
  • a circular sheet metal segment 30.4 is arranged as a force relief segment in the center of the vertically upper half of the stator 16.4 in the direction of the gravitational force.20
  • the length of the sheet metal segment 30.4 can be adapted to the required balancing force.
  • the sheet metal segment 30.4 borders the stator segment 20.4 shown on the left in Fig.4.
  • the torque motor 10.4 according to Fig. 4 could also be designed as an external rotor and thus with an external rotor 12.
  • the lamination segment 30.4 would be arranged in the lower half of the stator 16.4, in the direction of the gravitational force.
  • Page 9 of 10 April 14, 2025 A fifth embodiment of the torque motor 10.5 according to the invention is shown schematically in Fig. 5.
  • the torque motor 10.5 has an annular rotor 12, which is provided with permanent magnets 14 in the usual way.
  • the rotor 12 is rotatably mounted relative to the stator 16.5 in the usual way. 5
  • the stator 16.5 has two identically constructed stator segments 20.4.
  • the stator segments 20.4 are arranged mostly in the vertically upper half of the stator 16.5 in the direction of the gravitational force, but extend somewhat into the vertically lower half of the stator 16.5.
  • the stator segments 20.5 thus already partially compensate for the weight force (process load) acting on the bearings.
  • a sheet metal segment 30.4 is arranged as a force relief segment in the center of the vertically upper half of the stator 16.5 in the direction of the gravitational force.
  • the sheet metal segment 30.4 has a significantly greater distance from the permanent magnets 14 than the 15 stator segments 20.4.
  • the height 32 of the air gap 24 is thus increased in the area of the sheet metal segment 30.4.
  • the sheet metal segment 30.4 contributes less to compensating the weight force (process load) acting on the bearings than would be the case with a smaller air gap 24.
  • a sheet metal segment 30 is arranged as a force relief segment in the center of the vertically lower half of the stator 16.5 in the direction of the gravitational force.
  • the length of the sheet metal segment 30 can be adapted to the required compensating force.
  • the torque motor 10.5 according to Fig.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Torquemotor (10) mit einem Stator (16), mit einem Rotor (12), mit an dem Stator angeordneten Erregerspulen und mit an dem Rotor (12) angeordneten Permanentmagneten (14). Die Erregerspulen und die Permanentmagneten (14) stehen sich über einen Luftspalt (24) radial gegenüber, so dass der Rotor (12) um eine horizontale Drehachse (26) in Drehung versetzt werden kann. Erfindungsgemäß ist der Rotor (12) ringförmig ausgebildet und der Stator (16) weist zumindest ein kreisbogenförmiges Statorsegment (20) auf, in dem mehrere Erregerspulen zusammengefasst sind. Das zumindest eine Statorsegment (20) umspannt dabei einen Winkelbereich von maximal 160 Grad, insbesondere von maximal 135 Grad.

Description

14. April 2025 BESCHREIBUNG Torquemotor TECHNISCHES GEBIET 5 Die Erfindung betrifft einen Torquemotor. Bei einem Torquemotor handelt es sich um einen hochpoligen, elektrischen Direktantrieb. Torquemotoren weisen sehr hohe Drehmomente bei relativ kleinen Drehzahlen auf. Torquemotoren können beispielsweise als Direktantriebe in Rundtischen eingesetzt werden. Auch ein Einsatz in Geräten zur Computer- und Magnetresonanztomographie ist 10 möglich. STAND DER TECHNIK Torquemotoren können als Außenläufer oder als Innenläufer realisiert werden. Bei einem Außenläufer ist der Stator innen und der Rotor außen angeordnet, während bei einem Innenläufer der Rotor innen und der Stator außen angeord- 15 net ist. In der Regel sind Außenläufer weiter verbreitet, da in diesem Fall bei gleicher Baugröße ein größeres Drehmoment zur Verfügung steht. Torquemotoren arbeiten nach dem gleichen Prinzip wie normale Synchron- motoren. In der Regel sind die Permanentmagnete an der Innenseite eines den Rotor bildenden Rohrstutzens (Hohlwelle) eingeklebt. Der Stator besteht aus 20 einer Vielzahl von Spulen, die in eine Eisenmatrix eingebracht werden. Diese Spulen sind im Stern verschaltet und werden mit dreiphasigem Drehstrom ver- sorgt. Abhängig von der Frequenz ergibt sich die jeweilige Drehzahl. Aufgrund der relativ hohen Anzahl von Polen kann ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen erzielt werden. 25 Insbesondere bei einer Anordnung des Torquemotors mit einer horizontalen Drehachse, wie es beispielsweise bei Anwendungen in der computer- und Seite 1 von 10 14. April 2025 Magnetresonanztomographie erforderlich ist, können sich besondere Anfor- derungen an die Lagerung ergeben. Dies kann insbesondere bei hohen Gewich- ten des Antriebsmotors inklusive der gegebenenfalls vorhandenen Anbauten zu einem gewissen Lagerverschleiß führen. 5 Aus der EP 3057209 B1 ist ein entsprechender Torquemotor mit einem Stator und einem Rotor bekannt. An dem Stator sind Erregerspulen angeordnet, wäh- rend am Rotor Permanentmagnete angeordnet sind, die den Erregerspulen über einen Luftspalt radial gegenüberstehen. Durch eine elektrische Ansteuerung der Erregerspulen kann der Rotor gegenüber dem Stator in Drehung versetzt wer- 10 den, wobei die Drehachse in diesem Fall in horizontaler Richtung verläuft. Bei einem innenliegenden Rotor ist die in Richtung der Gravitationskraft vertikal obere Hälfte des Stators vollständig mit Erregerspulen bestückt, während die vertikal untere Hälfte des Stators keine Erregerspulen aufweist. Bei einem innen- liegenden Stator ist dagegen die vertikal untere Hälfte des Stators vollständig mit 15 Erregerspulen bestückt, während die vertikal obere Hälfte des Stators keine Erregerspulen aufweist. Durch diese Anordnung der Erregerspulen kann die auf den Rotor wirkende Gravitationskraft zumindest teilweise kompensiert werden, so dass die Lagerbelastung sinkt. DARSTELLUNG DER ERFINDUNG 20 Ausgehend von diesem vorbekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Torquemotor anzugeben, bei dem die Lagerentlastung möglichst variabel eingestellt werden kann. Der erfindungsgemäße Torquemotor ist durch die Merkmale des Haupt- anspruchs 1 gegeben. Sinnvolle Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand 25 von sich an diesen Anspruch anschließenden weiteren Ansprüchen. Der erfindungsgemäße Torquemotor besitzt einen Stator mit Erregerspulen sowie einen Rotor mit Permanentmagneten. Die Erregerspulen des Stators und die Permanentmagneten des Rotors stehen sich über einen Luftspalt radial Seite 2 von 10 14. April 2025 gegenüber, so dass der Rotor um eine horizontale Drehachse in Drehung versetzt werden kann. Erfindungsgemäß ist der Rotor ringförmig ausgebildet. Der Stator weist zumindest ein kreisbogenförmiges Statorsegment auf, in dem mehrere Erregerspulen zusammengefasst. Dabei umspannt das zumindest eine Stator- 5 segment einen Winkelbereich von maximal 160 Grad, insbesondere von maximal 135 Grad. Der Stator ist somit nicht länger ringförmig ausgebildet, vielmehr umfasst der Stator zumindest ein kreisbogenförmiges Statorsegment. Ein bogenförmiges Segment lässt sich einfacher montieren, transportieren und lagern, so dass 10 insgesamt eine kostengünstige Herstellung möglich ist. Darüber hinaus ist die Handhabung insgesamt deutlich vereinfacht. Durch das zumindest eine kreis- bogenförmige Statorsegment kann die benötigte Motorkraft exakt berechnet und eingestellt werden. Grundsätzlich ist bereits die Ausbildung eines einzelnen Statorsegments vorteil- 15 haft. Die Anordnung des einzelnen Statorsegments kann bei einem Innenläufer in der in Richtung der Gravitationskraft vertikal oberen Hälfte des Stators erfolgen, so dass die auf das Lager wirkende Gewichtskraft (Prozesslast) durch das ein- zelne Statorsegment zumindest teilweise ausgeglichen werden kann. Bei einem Außenläufer kann das einzelne Statorsegment entsprechend in der in Richtung 20 der Gravitationskraft vertikal unteren Hälfte des Stators angeordnet sein. Vorzugsweise kann der Stator mehrere kreisbogenförmige Statorsegmente umfassen. Die einzelnen Statorsegmente können dadurch kleiner ausgebildet werden, so dass die Montage und Lagerung weiter vereinfacht werden kann. Darüber hinaus können die einzelnen Statorsegmente so im Umkreis des Stators 25 verteilt werden, dass ein möglichst optimaler Ausgleich der auf das Lager wirkenden Gewichtskraft (Prozesslast) erfolgen kann. Der Winkelbereich des zumindest einen Statorsegments kann grundsätzlich frei gewählt werden. Die einzelnen Statorsegmente umspannen jeweils ein Vielfaches des Grundmotors, so dass hier eine individuelle Anpassung an die Seite 3 von 10 14. April 2025 jeweiligen Anforderungen erfolgen kann. Insbesondere können die kreisbogen- förmigen Statorsegmente jeweils etwa 45 Grad oder jeweils 60 Grad umspannen. In einer ersten Ausführungsform können bei einem als Innenläufer ausgebildeten Torquemotor alle kreisbogenförmigen Statorsegmente in der in Richtung der 5 Gravitationskraft vertikal oberen Hälfte des Stators angeordnet sein. Bei einem als Außenläufer ausgebildeten Torquemotor können die Statorsegmente ent- sprechend in der in Richtung der Gravitationskraft vertikal unteren Hälfte des Torquemotors angeordnet sein. Auf diese Weise können alle Statorsegmente zum Ausgleich der auf das Lager wirkenden Gewichtskraft (Prozesslast) beitra- 10 gen, so dass ein maximaler Ausgleich der Gewichtskraft (Prozesslast) möglich ist. Alternativ dazu können zwei der kreisbogenförmigen Statorsegmente einander gegenüberliegend angeordnet sein. In diesem Fall können die Statorsegmente beispielsweise in zwei Gruppen zusammengefasst werden, wobei die beiden Gruppen jeweils beidseitig des Stators angeordnet sind. In diesem Fall kommt es 15 zu keinem Ausgleich der auf das Lager wirkenden Gewichtskraft (Prozesslast) durch die Statorsegmente. Ein solcher Ausgleich ist jedoch nicht bei allen Anwendungsfällen erforderlich. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist der Stator zumindest ein kreisbogenförmiges Blechsegment auf. Dieses Blechsegment kann zwar nicht 20 zum Antrieb des Rotors beitragen, allerdings lässt sich damit die auf die Lager wirkende Gewichtskraft (Prozesslast) individuell einstellen. Die Ausbildung eines Stators mit einem kreisbogenförmigen Blechsegment ist daher von eigenständi- ger erfinderischer Bedeutung. Bei einer Ausbildung des Stators mit zumindest einem Statorsegment können das 25 zumindest eine Blechsegment und das zumindest eine Statorsegment identische Radien aufweisen. Vorzugsweise kann das zumindest eine Blechsegment bei einem als Innenläufer ausgebildeten Torquemotor mittig der in Richtung der Gravitationskraft vertikal Seite 4 von 10 14. April 2025 oberen Hälfte des Stators angeordnet sein. Bei einem als Außenläufer ausgebil- deten Torquemotor kann das zumindest eine Blechsegment entsprechend in der in Richtung der Gravitationskraft vertikal unteren Hälfte des Stators angeordnet sein. Auf diese Weise kann das Blechsegment optimal zum Ausgleich der auf das 5 Lager wirkenden Gewichtskraft (Prozesslast) beitragen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das zumindest eine Blechsegment bei einem als Innenläufer ausgebildeten Torquemotor mittig der in Richtung der Gravita- tionskraft vertikal unteren Hälfte des Stators angeordnet sein. Bei einem als Außenläufer ausgebildeten Torquemotor kann das zumindest eine Blechsegment 10 entsprechend in der in Richtung der Gravitationskraft vertikal oberen Hälfte des Stators angeordnet sein. Das Blechsegment kann somit die auf das Lager wirken- de Gewichtskraft (Prozesslast) verstärken. Eine solche Ausbildung kann insbe- sondere dann vorteilhaft sein, wenn die Gewichtskraft (Prozesslast) durch den restlichen Stator bereits überkompensiert wird. 15 Das zumindest eine Blechsegment kann zwischen zwei Statorsegmenten ange- ordnet sein. In diesem Fall kann das zumindest eine Blechsegment beidseitig an ein Statorsegment angrenzen. Alternativ dazu kann zwischen dem zumindest einen Blechsegment und zumindest einem der beiden benachbarten Stator- segmenten ein gewisser gegenseitiger Abstand vorhanden sein. 20 Da es bei einem Vollstahl zu einer zu starken Erwärmung des Blechsegments käme, kann das zumindest eine Blechsegment insbesondere aus einem geschichteten Elektroblech bestehen. Um eine weitere Feineinstellung der auf das Lager wirkenden Gewichtskraft (Prozesslast) ermöglichen zu können, kann der Luftspalt zwischen den Perma- 25 nentmagneten des Rotors und dem zumindest einen Blechsegment individuell einstellbar sein. Dadurch kann die Höhe des Luftspalts zwischen den Permanent- magneten des Rotors und dem zumindest einen Blechsegment unterschiedlich zur Höhe des Luftspalts zwischen den Permanentmagneten des Rotors und den Statorsegmenten sein. Seite 5 von 10 14. April 2025 Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind den in den Ansprüchen ferner angegebenen Merkmalen sowie den nachstehenden Ausführungsbeispielen zu entnehmen. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG 5 Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen: Fig.1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Torquemotors, Fig.2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des 10 erfindungsgemäßen Torquemotors, Fig.3 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Torquemotors, Fig.4 eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Torquemotors und 15 Fig.5 eine schematische Ansicht einer fünften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Torquemotors. WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG Eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Torquemotors 10 ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Der Torquemotor 10 besitzt einen ringförmigen Rotor 20 12, der in üblicher Weise mit Permanentmagneten 14 versehen ist. Der Rotor 12 ist gegenüber dem Stator 16 in üblicher Weise drehbar gelagert. Dies kann mittels eines üblichen Lagersystems, insbesondere mittels Wälzlager erfolgen. Der Stator 16 weist im vorliegenden Beispielsfall ein einzelnes Statorsegmente 20 auf. Das Statorsegment 20 umspannt im vorliegenden Beispielsfall einen 25 Winkelbereich von etwa 120 Grad. In dem Statorsegment 20 sind mehrere hier nicht dargestellte Erregerspulen zusammengefasst. Die Erregerspulen stehen den Seite 6 von 10 14. April 2025 am Rotor 12 angeordneten Permanentmagneten 14 über einen Luftspalt 24 radial gegenüber. Bei einer geeigneten elektrischen Ansteuerung der Erreger- spulen des Statorsegments 20 kann der Rotor 12 über die sich über den Luftspalt 24 erstreckenden Magnetfelder gegenüber dem Stator 16 in Drehung um die in 5 horizontaler Richtung verlaufende Drehachse 26 versetzt werden. Im vorliegenden Beispielfall ist der Torquemotor 10 als Innenläufer ausgebildet. Der Rotor 12 ist somit innenliegend angeordnet. Um die auf die hier nicht dar- gestellten Lager wirkende Gewichtskraft (Prozesslast) möglichst vollständig aus- gleichen zu können, ist das Statorsegment 20 daher in der in Richtung der Gravi- 10 tationskraft vertikal oberen Hälfte des Stators 16 angeordnet. Das Statorsegment 20 trägt daher zum Ausgleich der auf die Lager wirkenden Gewichtskraft (Prozesslast) bei. Im Gegensatz zu dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform könnte der Torquemotor gemäß Fig.1 auch als Außenläufer und damit mit außenliegen- 15 dem Rotor 12 ausgebildet sein. In diesem Fall wäre das Statorsegment 20 in der in Richtung der Gravitationskraft unteren Hälfte des Stators 16 angeordnet. Eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Torquemotors 10.2 ist in Fig.2 schematisch dargestellt. Der Torquemotor 10.2 besitzt einen ringförmigen Rotor 12, der in üblicher Weise mit Permanentmagneten 14 versehen ist. Der 20 Rotor 12 ist gegenüber dem Stator 16.2 in üblicher Weise drehbar gelagert. Der Stator 16.2 weist im vorliegenden Beispielsfall ein Statorsegmente 20 auf, das einen Winkelbereich von etwa 120 Grad umspannt. Da der Torquemotor 10.2 im vorliegenden Beispielsfall als Innenläufer ausgebildet ist, ist das einzelne Statorsegment 20 mittig der in Richtung der Gravitationskraft vertikal oberen25 Hälfte des Stators 16.2 angeordnet. Dadurch kommt es im vorliegenden Bei- spielsfall zu einer Überkompensation der auf die Lager wirkenden Gewichtskraft (Prozesslast). Um dieser Überkompensation entgegenzuwirken, ist mittig der in Richtung der Gravitationskraft vertikal unteren Hälfte des Stators 16.2 ein kreis- bogenförmiges Blechsegment 30 als Kraftentlastungssegment angeordnet. Die Seite 7 von 10 14. April 2025 Länge des Blechsegments 30 kann dabei an die benötigte Ausgleichskraft ange- passt werden. Eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Torquemotors 10.3 ist in Fig.3 schematisch dargestellt. Der Torquemotor 10.3 besitzt einen ringförmigen 5 Rotor 12, der in üblicher Weise mit Permanentmagneten 14 versehen ist. Der Rotor 12 ist gegenüber dem Stator 16.3 in üblicher Weise drehbar gelagert. Der Stator 16.3 weist im vorliegenden Beispielsfall insgesamt vier identisch auf- gebaute Statorsegmente 20.3 auf. Die vier Statorsegmente 20.3 sind jeweils identisch aufgebaut und umspannen im vorliegenden Beispielsfall jeweils einen 10 Winkelbereich von etwa 45 Grad. Die Statorsegmente 20.3 sind in zwei Gruppen mit jeweils zwei Statorsegmenten 20.3 aufgeteilt. Die beiden Gruppen sind dabei jeweils auf Höhe des Äquators 28 des Stators 16.3 angeordnet. Dadurch kommt es durch die Statorsegmente 20.3 zu keinem Ausgleich der auf die Lager wirken- den Kräfte. 15 Im vorliegenden Beispielfall ist der Torquemotor 10.3 als Innenläufer ausgebil- det. Um die auf die Lager wirkende Gewichtskraft (Prozesslast) möglichst voll- ständig ausgleichen zu können, ist mittig der in Richtung der Gravitationskraft vertikal oberen Hälfte des Stators 16.3 im vorliegenden Beispielsfall ein kreis- bogenförmiges Blechsegment 30.3 angeordnet. Das Blechsegment 30.3 dient als 20 Kraftentlastungssegment, so dass durch das Blechsegment 30.3 die auf die Lager wirkende Gewichtskraft (Prozesslast) möglichst vollständig kompensiert werden kann. Die Länge des Blechsegments 30.3 kann dabei an die benötigte Ausgleichs- kraft angepasst werden. Im vorliegenden Beispielsfall grenzt das Blechsegment 30.3 beidseitig an die jeweils benachbarten Statorsegmente 20.3 an. Im Gegen-25 satz dazu könnte beidseitig oder einseitig des Blechsegments 30.3 auch ein ge- wisser Abstand zum benachbarten Statorsegment 20 vorhanden sein (siehe auch Fig.4 oder 5). Im Gegensatz zu dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform könnte der Torquemotor 10.3 gemäß Fig.3 auch als Außenläufer und damit mit außen- Seite 8 von 10 14. April 2025 liegendem Rotor 12 ausgebildet sein. In diesem Fall wäre das Blechsegment 30.3 in der in Richtung der Gravitationskraft unteren Hälfte des Stators 16.3 angeord- net. Eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Torquemotors 10.4 ist in 5 Fig.4 schematisch dargestellt. Der Torquemotor 10.4 besitzt einen ringförmigen Rotor 12, der in üblicher Weise mit Permanentmagneten 14 versehen ist. Der Rotor 12 ist gegenüber dem Stator 16.4 in üblicher Weise drehbar gelagert. Der Stator 16.4 weist im vorliegenden Beispielsfall insgesamt zwei identisch auf- gebaute Statorsegmente 20.4 auf. Die beiden Statorsegmente 20.4 umspannen 10 jeweils einen Winkelbereich von etwa 60 Grad und sind damit etwas größer als die Statorsegmente 20.3 ausgebildet. Die Statorsegmente 20.4 sind einander gegenüber liegend angeordnet, wobei beide Statorsegmente 20.4 jeweils an den Äquator 28 des Stators 16.4 angrenzen. Dadurch kommt es durch die beiden Statorsegmente 20.4 zu keinem Ausgleich der auf die Lager wirkenden Kräfte.15 Im vorliegenden Beispielfall ist der Torquemotor 10.4 als Innenläufer ausgebil- det. Um die auf die Lager wirkende Gewichtskraft (Prozesslast) möglichst voll- ständig ausgleichen zu können, ist mittig der in Richtung der Gravitationskraft vertikal oberen Hälfte des Stators 16.4 im vorliegenden Beispielsfall ein kreis- bogenförmiges Blechsegment 30.4 als Kraftentlastungssegment angeordnet. Die20 Länge des Blechsegments 30.4 kann dabei an die benötigte Ausgleichskraft ange- passt werden. Im vorliegenden Beispielsfall grenzt das Blechsegment 30.4 an das in der Fig.4 links dargestellte Statorsegment 20.4 an. Zwischen dem rechts dar- gestellten Statorsegment 20.4 und dem Blechsegment 30.4 ist dagegen ein gewisser gegenseitiger Abstand vorhanden. 25 Im Gegensatz zu dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform könnte der Torquemotor 10.4 gemäß Fig.4 auch als Außenläufer und damit mit außen- liegendem Rotor 12 ausgebildet sein. In diesem Fall wäre das Blechsegment 30.4 in der in Richtung der Gravitationskraft unteren Hälfte des Stators 16.4 angeord- net. Seite 9 von 10 14. April 2025 Eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Torquemotors 10.5 ist in Fig.5 schematisch dargestellt. Der Torquemotor 10.5 besitzt einen ringförmigen Rotor 12, der in üblicher Weise mit Permanentmagneten 14 versehen ist. Der Rotor 12 ist gegenüber dem Stator 16.5 in üblicher Weise drehbar gelagert. 5 Der Stator 16.5 weist im vorliegenden Beispielsfall zwei identisch aufgebaute Statorsegmente 20.4 auf. Die Statorsegmente 20.4 sind dabei Großteils in der in Richtung der Gravitationskraft vertikal oberen Hälfte des Stators 16.5 angeord- net, ragen jedoch ein Stück weit in die vertikal untere Hälfte des Stators 16.5. Durch die Statorsegmente 20.5 kommt es somit bereits zu einem teilweisen 10 Ausgleich der auf die Lager wirkenden Gewichtskraft (Prozesslast). Mittig der in Richtung der Gravitationskraft vertikal oberen Hälfte des Stators 16.5 ist im vorliegenden Beispielsfall ein Blechsegment 30.4 als Kraftentlastungssegment angeordnet. Das Blechsegment 30.4 weist dabei im vorliegenden Beispielsfall einen deutlich größeren Abstand zu den Permanentmagneten 14 auf als die 15 Statorsegmente 20.4. Die Höhe 32 des Luftspalts 24 ist damit im Bereich des Blechsegments 30.4 vergrößert. Somit trägt das Blechsegment 30.4 weniger zum Ausgleich der auf die Lager wirkenden Gewichtskraft (Prozesslast) bei, als es bei einem geringeren Luftspalt 24 der Fall wäre. Um einer Überkompensation entgegenzuwirken, ist mittig der in Richtung der 20 Gravitationskraft vertikal unteren Hälfte des Stators 16.5 ein Blechsegment 30 als Kraftentlastungssegment angeordnet. Die Länge des Blechsegments 30 kann dabei an die benötigte Ausgleichskraft angepasst werden. Im Gegensatz zu dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform könnte der Torquemotor 10.5 gemäß Fig.5 auch als Außenläufer und damit mit außen- 25 liegendem Rotor 12 ausgebildet sein. In diesem Fall wäre das Blechsegment 30 in der in Richtung der Gravitationskraft oberen Hälfte des Stators 16.5 angeordnet, während die Statorsegment 30.4 und das Blechsegment 30.4 in der in Richtung der Gravitationskraft unteren Hälfte des Stators 16.5 angeordnet wären. Seite 10 von 10

Claims

14. April 2025 ANSPRÜCHE 01. Torquemotor (10, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5) - mit einem Stator (16, 16.2, 16.3, 16.4, 16.5), 5 - mit einem Rotor (12), - mit an dem Stator angeordneten Erregerspulen, - mit an dem Rotor (12) angeordneten Permanentmagneten (14), - wobei sich die Erregerspulen und die Permanentmagneten (14) über einen Luftspalt (24) radial gegenüberstehen, so dass der Rotor (12) um 10 eine horizontale Drehachse (26) in Drehung versetzbar ist, - dadurch gekennzeichnet, dass - der Rotor (12) ringförmig ausgebildet ist, - der Stator (16, 16.2, 16.3, 16.4, 16.5) zumindest ein kreisbogenförmiges Statorsegment (20, 20.3, 20.4), in dem mehrere Erregerspulen 15 zusammengefasst sind, aufweist, - das zumindest eine Statorsegment (20, 20.3, 20.4) einen Winkelbereich von maximal 160 Grad, insbesondere von maximal 135 Grad, umspannt. 02. Torquemotor nach Anspruch 1, - dadurch gekennzeichnet, dass 20 - der Stator (16.3, 16.4, 16.5) mehrere kreisbogenförmige Statorsegmente (20, 20.3) umfasst. 03. Torquemotor nach Anspruch 1 oder 2, - dadurch gekennzeichnet, dass - die kreisbogenförmigen Statorsegmente (20.3) jeweils 45 Grad 25 umspannen. Seite 1 von 4
14. April 2025 04. Torquemotor nach Anspruch 1 oder 2, - dadurch gekennzeichnet, dass - die kreisbogenförmigen Statorsegmente (20.4) jeweils 60 Grad umspannen. 5 05. Torquemotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, - dadurch gekennzeichnet, dass - alle kreisbogenförmigen Statorsegmente (20) bei einem als Innenläufer ausgebildeten Torquemotor in der in Richtung der Gravitationskraft vertikal oberen Hälfte des Stators (16, 16.2) und bei einem als 10 Außenläufer ausgebildeten Torquemotor in der in Richtung der Gravitationskraft vertikal unteren Hälfte des Stators angeordnet sind. 06. Torquemotor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, - dadurch gekennzeichnet, dass - zwei der kreisbogenförmigen Statorsegmente (20.3, 20.4) einander 15 gegenüberliegend angeordnet sind. 07. Torquemotor nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder nach einem der vorstehenden Ansprüche, - dadurch gekennzeichnet, dass - der Stator (16.2, 16.3, 16.4, 16.5) zumindest ein kreisbogenförmiges 20 Blechsegment (30, 30.3, 30.4) aufweist. 08. Torquemotor nach Anspruch 7, - dadurch gekennzeichnet, dass - das zumindest eine Blechsegment (30.3, 30.4) bei einem als Innenläufer ausgebildeten Torquemotor mittig der in Richtung der Gravitationskraft 25 vertikal oberen Hälfte des Stators (16.3, 16.4, 16.5) und bei einem als Außenläufer ausgebildeten Torquemotor in der in Richtung der Gravitationskraft vertikal unteren Hälfte des Stators angeordnet ist. Seite 2 von 4
14. April 2025 09. Torquemotor nach Anspruch 7 oder 8, - dadurch gekennzeichnet, dass - das zumindest eine Blechsegment (30) bei einem als Innenläufer ausgebildeten Torquemotor mittig der in Richtung der Gravitationskraft 5 vertikal unteren Hälfte des Stators (16.2, 16.5) und bei einem als Außenläufer ausgebildeten Torquemotor in der in Richtung der Gravitationskraft vertikal oberen Hälfte des Stators angeordnet ist. 10. Torquemotor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, - dadurch gekennzeichnet, dass 10 - das zumindest eine Blechsegment (30, 30.3,30.4) zwischen zwei Statorsegmenten (20.3, 20.4,) angeordnet ist. 11. Torquemotor nach Anspruch 10, - dadurch gekennzeichnet, dass - das zumindest eine Blechsegment (30.3) beidseitig an ein Statorsegment 15 (20, 20.3, 20.4) angrenzt. 12. Torquemotor nach Anspruch 10, - dadurch gekennzeichnet, dass - zwischen dem zumindest einen Blechsegment (30.4) und zumindest einem der beiden benachbarten Statorsegmenten (20.4) ein gewisser 20 gegenseitiger Abstand vorhanden ist. 13. Torquemotor nach einem der Ansprüche 7 bis 12, - dadurch gekennzeichnet, dass - das zumindest eine Blechsegment (30, 30.3, 30.4) aus einem geschichteten Elektroblech besteht. Seite 3 von 4
14. April 2025 14. Torquemotor nach einem der Ansprüche 7 bis 13, - dadurch gekennzeichnet, dass - der Luftspalt (24) zwischen den Permanentmagneten (14) des Rotors (12) und dem zumindest einen Blechsegment (30, 30.3, 30.4) individuell 5 einstellbar ist. 15. Torquemotor nach Anspruch 14, - dadurch gekennzeichnet, dass - die Höhe (24) des Luftspalts (24) zwischen den Permanentmagneten (14) des Rotors (12) und dem zumindest einen Blechsegment (30.4) 10 unterschiedlich zu der Höhe (24) des Luftspalts (24) zwischen den Permanentmagneten (14) des Rotors (12) und den Statorsegmenten (20, 20.3, 20.4) ist. Seite 4 von 4
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WO2007140504A1 (de) * 2006-06-08 2007-12-13 Johannes Kepler Universität Linz Elektromagnetische drehantriebseinrichtung
EP3057209B1 (de) 2015-02-14 2019-07-17 Franke & Heydrich KG Antriebssystem in Form eines Torque-Motors

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