Derartige Segmentmotoren werden beispielsweise, jedoch keineswegs ausschließlich, zum Antrieb von Ventilen in Verbrennungsmotoren eingesetzt.

Ein Segmentmotor im Sinne dieser Erfindung ist definiert als Ver- stellmotor/-aktuator, der im Betrieb nur mit einem festen Verstellweg oder einem festen Verstellwinkel betrieben wird. Unter den Begriff Segmentmotor fallen erfindungsgemäß sowohl Schwenksegmentmoto- ren als auch Linearsegmentmotoren.

Ein Schwenksegmentmotor im Sinne der Erfindung ist dadurch ge- kennzeichnet, dass der Motor eine Drehbewegung durchführt für einen festen Verstellwinkel. Der Segmentmotor ist ferner dadurch charakte- risiert, dass er einen feststehenden Stator und einen drehbar oder schwenkbar gelagerten Rotor aufweist. Die Drehbewegung wird in der Regel über ein Kopplungsglied in eine Drehbewegung oder Linearbe-

wegung umgewandelt. Drehsegmentmotoren sind beispielsweise aus WO00/39435 A1 bekannt.

Ein Linearsegmentmotor im Sinne der Erfindung ist dadurch gekenn- zeichnet, dass der Motor eine Linearbewegung für einen festen defi- nierten Verstellweg durchführt. Der Linearsegmentmotor ist ferner dadurch charakterisiert, dass er einen feststehenden Stator und eine linear beweglichen Läufer aufweist.

Die Linearbewegung eines Linearsegmentmotors wird in der Regel di- rekt auf ein Stellglied übertragen. Linearsegmentmotoren sind aus DE 102004003730 und DE 10125767 bekannt.

Rotoren werden teilweise auch als Läufer bezeichnet, weshalb die Be- griffe Rotor und Läufer nachfolgend als gleichbedeutend benutzt wer- den.

Durch die Schwenkbewegung des Rotors wird die Wirkbewegung des Segmentmotors erzeugt. Im Stator ist zumindest ein Magnetkreis vor- gesehen, der beispielsweise aus Weicheisenelementen bestehen kann.

Dieser Magnetkreis wird mit zumindest einer Erregerspule erregt, um dadurch ein geeignetes Magnetfeld im Stator aufzubauen. An einem Wandungsabschnitt des Rotors, der insbesondere kreissegmentförmig ausgebildet sein kann, sind zumindest zwei Permanentmagnetelemente befestigt. Sobald der Magnetkreis im Stator erregt wird, richten sich die Permanentmagnetelemente des Rotors in diesem Magnetfeld aus und bewirken dadurch die gewünschte alternierende Wirkbewegung des Segmentmotors, die zum Antrieb nachgeordneter Funktionselemen- te, beispielsweise eines Ventils in einem Verbrennungsmotor, genutzt werden kann.

Ein gattungsgemäßer Segmentmotor ist beispielsweise aus der WO00/39435 AI bekannt. Bei dem dort beschriebenen Segmentmotor wird der Rotor von einem kreissegmentförmigen Eisenkern gebildet, an dessen Außenseite ein Permanentmagnetring befestigt ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorlie- genden Erfindung, einen neuen elektrischen Segmentmotor vorzu- schlagen. Dieser neue Segmentmotor soll insbesondere bei möglichst hohem Wirkungsgrad eine sehr hohe Bewegungsdynamik ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch einen Segmentmotor nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der erfindungsgemäße Segmentmotor beruht auf der Grundidee, dass der Läufer, insbesondere der schwenkbare Rotor eine möglichst gerin- ge Masse aufweisen soll, da die Bewegungsdynamik des Segmentmo- tors weitgehend von den Massekräften des Läufers bzw. Rotors ab- hängt, die bei jeder Änderung der Bewegungsrichtung zur Beschleuni- gung des Läufer bzw. Rotors aufgebracht werden müssen. Erfindungs- gemäß ist deshalb der Läufer bzw. Rotor aus einem Grundwerkstoff hergestellt, in den die Permanentmagnetelemente eingebettet sind. Im Ergebnis ist es dadurch insbesondere möglich, dass der Rotor aus rela- tiv leichten Werkstoffen, beispielsweise Kunststoff oder Leichtmetall, hergestellt wird. Die Permanentmagnete dagegen werden lediglich so groß gewählt, dass ein ausreichend hoher Magnetfluss im Magnetkreis des Stators gewährleistet ist. Statt der Verwendung von mehreren Permanentmagnetelementen mit jeweils einer Polung, die jeweils in den Grundwerkstoff eingebettet werden, ist es auch denkbar, nur ein Permanentmagnetelement in den Grundwerkstoff einzubetten. Dieses einzelne Permanentmagnetelement ist dann derart zu magnetisieren, dass sich eine vielpolige Polung ergibt.

Besonders kostengünstig und leicht kann der Rotor bzw. der Hauptbe- standteil des Rotors hergestellt werden, wenn dazu ein Gussverfahren, insbesondere Kunststoffspritzguss oder Leichtmetalldruckguss, einge- setzt wird. Derartige Verfahren erlauben es insbesondere auch in ein-

facher Weise, die Permanentmagnetelemente in den Gusskörper einzu- gießen bzw. mit dem Grundwerkstoff zu umspritzen.

Eine weitere Verringerung der Masse des Rotors wird erreicht, wenn die verschiedenen Hauptbestandteile des Rotors, nämlich der die Per- manentmagnetelemente tragende Wandungsabschnitt, die die Schwenkachse umgreifende Lagerhülse und ein zur Übertragung der Antriebskräfte vorgesehenes Koppelelement, jeweils durch Verbin- dungsrippen verbunden sind. Durch diese gerippte Struktur kann die sonst übliche Gestaltung als Vollkörper, die mit einem relativ hohen Eigengewicht des Rotors verbunden ist, vermieden werden.

Eine weitere Gewichtsreduktion ist möglich, wenn an den die Perma- nentmagnetelemente tragenden Wandungsabschnitten Verstärkungsrip- pen vorgesehen werden. Der tragende Querschnitt des Wandung- sabschnitts selbst kann durch die Verstärkungsrippen entsprechend reduziert werden, so dass insgesamt eine Gewichtsreduktion erreicht wird.

In welcher Weise die Permanentmagnetelemente am entsprechenden Wandungsabschnitt des Rotors befestigt sind, ist grundsätzlich belie- big. Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind dazu am Außenum- fang des Wandungsabschnitts Vertiefungen vorgesehen, in denen die Permanentmagnetelemente aufgenommen werden. Die Außenseite der Permanentmagnetelemente geht dabei vorzugsweise kontinuierlich in die Außenfläche des Wandungsabschnitts über. Zur Fixierung der Permanentmagnetelemente können diese in die Vertiefung eingeklebt, umspritzt oder eingegossen werden. Die Vertiefungen selbst weisen vorzugsweise einen sich zum Außenumfang des Wandungsabschnitts des Rotors hin öffnenden, keilförmigen Querschnitt auf.

Der Rotor bzw. Läufer des Segmentmotors wird im Betrieb relativ zum Magnetkreis des Stators bewegt, wobei zur Erreichung eines möglichst hohen Wirkungsgrades ein möglichst kleiner Luftspalt zwischen dem

Rotor und dem Stator angestrebt wird. Um Beschädigungen am Rotor bzw. am Stator durch Partikel zu vermeiden, die sich von den Perma- nentmagnetelementen gelöst haben können, ist es besonders vorteil- haft, wenn die Permanentmagnetelemente am Außenumfang und/oder am Innenumfang des Wandungsabschnitts durch ein Abdeckelement überdeckt werden. Das Abdeckelement kann dabei vom Grundwerk- stoff des Rotors gebildet sein, wenn die Permanentmagnetelemente beispielsweise vollständig bzw. zumindest bereichsweise in den Grundwerkstoff des Rotors eingegossen sind. Alternativ bzw. additiv dazu kann das Abdeckelement auch von einer Abdeckfolie gebildet werden, durch die beispielsweise eine offene Seite des Permanentma- gnetelements nach außen hin abgedeckt wird.

Zur Bildung des Magnetkreises am Stator sind verschiedene Ausfüh- rungsformen denkbar. Nach einer ersten Alternative sind im Stator ein feststehendes Außenjoch und ein feststehendes Innenjoch vorgesehen.

Außenjoch und Innenjoch sind dabei derart relativ zueinander positio- niert, dass sich ein geeigneter Magnetkreis bildet. Der Rotor des Seg- mentmotors wird mit seinem die Permanentmagnetelemente tragenden Wandungsabschnitt zwischen dem Außenjoch und dem Innenjoch durchgeführt, so dass sich die Permanentmagnetelemente bei Erregung des Magnetkreises relativ zum Stator ausrichten und dadurch die Wirkbewegung des Rotors verursachen.

Alternativ zu dieser ersten Ausführungsform mit feststehendem Innen- joch kann nach einer zweiten Ausführungsform das Innenjoch auch durch ein am Rotor befestigtes Magnetflusselement ersetzt werden.

Dies bedeutet mit anderen Worten, dass der auf der Innenseite des Ro- tors angeordnete Teil des Magnetkreises an der Wirkbewegung des Ro- tors teilnimmt. Durch diese Maßnahme wird zwar die bewegte Masse des Rotors etwas erhöht ; andererseits entfällt die unter Umständen aufwendigere Lagerung des feststehenden Innenjochs im Gehäuse des Stators.

Zur Herstellung des Magnetkreises sollten vorzugsweise Bauteile ein- gesetzt werden, die aus Lamellenblechpaketen aus Weicheisen oder sogenannten Dynamoblech hergestellt sind.

Zur Erregung des Magnetkreises reicht grundsätzlich bereits eine Er- regerspule aus. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin- dung sind jedoch an jedem Magnetkreis zumindest zwei unabhängig voneinander betreibbare Erregerspulen vorhanden. Durch diese Doppe- lung der Erregerspulen wird weniger Streufluss verursacht und/oder eine Funktionsredundanz erreicht, so dass insbesondere bei Einsatz des Segmentmotors zum Antrieb von Ventilen in einem Verbren- nungsmotor erreicht wird, dass selbst bei Ausfall einer Erregerspule das Ventil noch in eine ungefährdete Ruhestellung zurückgezogen werden kann.

Eine weitere Erhöhung der Betriebssicherheit durch Redundanz bzw. eine Erhöhung der aufbringbaren Wirkkräfte wird erreicht, wenn der Segmentmotor zwei oder mehr synchron oder unabhängig voneinander betreibbare Magnetkreise aufweist, denen jeweils eigene Gruppen von Permanentmagnetelementen am Rotor zugeordnet sind.

Durch die vorgeschlagenen Merkmale des Segmentmotors wird eine sehr hohe Dynamik, d. h. kleine Hubzeiten auch unter Einwirkung star- ker Gegenkräfte, erreicht. Außerdem wird der Bauraum gut genutzt und Gewicht sowie Kosten eingespart, wobei der Segmentmotor zu- gleich eine hohe Kraftentfaltung bei sehr gutem Wirkungsgrad ermög- licht.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand verschiedener schematisch dargestellter Ausführungsformen für einen Schwenksegmentmotor bei- spielhaft erläutert.

Es zeigen :

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Segmentmotors im schematisch dargestellten Querschnitt ; Fig. la eine ergänzende Darstellung zur Ausführungsform gem.

Figur 1 ; Fig. 2 den Rotor des Segmentmotors gemäß Fig. 1 in perspekti- vischer Ansicht ; Fig. 3 einen Teilquerschnitt durch den Rotor gemäß Fig. 2 ent- lang der Schnittlinie I-I ; Fig. 4 den Rotor gemäß Fig. 2 in teilweiser Draufsicht ; Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines Rotors in teilweiser Draufsicht ; Fig. 6 den Segmentmotor gemäß Fig. 1 im Längsschnitt ; Fig. 6a eine weitere Ausführungsform des Segmentmotor im Längsschnitt ; Fig. 6b eine weitere Ausführungsform des Segmentmotor im Längsschnitt ; Fig. 6c Lagerung des Koppelglieds ; Fig. 7 das Wirkprinzip der Magnetkreise des Segmentmotors gemäß Fig. 1 in der er- sten Endlage ; Fig. 8 das Wirkprinzip der Magnetkreise des Segmentmotors ge- mäß Fig. 1 in der zweiten Endlage ; Fig. 9 das Wirkprinzip der Magnetkreise eines modifizierten Segmentmotors ; Fig. 9a Kraftentfaltung des Segmentmotors gemäß Fig. 9 ;

Fig. 10 eine zweite Ausführungsform eines Segmentmotors im Querschnitt ; Fig. 11 eine dritte Ausführungsform eines Segmentmotors im Querschnitt ; Fig. 12 eine vierte Ausführungsform eines Segmentmotors im Querschnitt ; Fig. 13 einen Ventilantrieb eines Verbrennungsmotors mit zwei nebeneinander angeordneten Segmentmotoren im Quer- schnitt ; Fig. 14 einen Ventilantrieb eines Verbrennungsmotors mit zwei übereinander angeordneten Segmentmotoren im Quer- schnitt ; Fig. 15 einen Ventilantrieb gemäß Fig. 14 in perspektivischer An- sicht von außen ; Fig. 16 einen Ventilantrieb eines Verbrennungsmotors mit zwei nebeneinander angeordneten Segmentmotoren ; Fig. 17 die elektrische Ansteuerung der Erregerspulen in den Segmentmotoren des Ventilantriebs gemäß Fig. 16 ; Fig. 18 eine erste Ausführungsform der Schaltung der Erregerspu- len in den Segmentmotoren des Ventilantriebs gemäß Fig.

16 ; Fig. 19 eine zweite Ausführungsform der Schaltung der Erreger- spulen in den Segmentmotoren des Ventilantriebs gemäß Fig. 16 ; Fig. 20 ein Schaltbild zur Ansteuerung der Erregerspulen der Segmentmotoren in einem Ventilantrieb ;

Fig. 21 einen Ventilantrieb eines Verbrennungsmotors mit vier Segmentmotoren ; Fig. 22 ein durch einen Segmentmotor angetriebenes Ventil ; Fig. 23 eine durch einen Segmentmotor angetriebene Stellklappe ; Fig. 24 einen durch einen Segmentmotor angetriebenen Scheiben- wischer ; Fig. 25a-d unterschiedliche Magnetanordnungen ; Fig. 26 Detaildarstellungen für verschiedene Magnetfixierungen und Einbettungen ; Fig. 27 alternativer Segmentmotor als Aktuator In Fig. 1 ist ein Segmentmotor 01 im Querschnitt dargestellt. Der Segmentmotor besteht im Wesentlichen aus einem um eine Schwenk- achse 02 schwenkbar gelagerten Rotor 03 und einem feststehenden Stator, der aus einem Innenjoch 11 und einem Außenjoch 12 gebildet wird. In Fig. 1 ist der Rotor 03 in seiner im Uhrzeigersinn orientierten ersten Endlage dargestellt. Die entgegen dem Uhrzeigersinn orientierte Endlage des Rotors 03 ist strichliniert angedeutet.

Durch die Schwenkbewegung des Rotors 03 kann ein anderes Funkti- onselement, beispielsweise ein Ventil in einem Verbrennungsmotor, axial und/oder rotatorisch angetrieben werden. Zur mechanischen An- kopplung des entsprechenden Funktionselements ist am Rotor 03 ein Koppelelement 05 vorgesehen. Das Koppelelement 05 stützt sich auf einem plattenförmigen und biegesteifen Wandungsabschnitt 17a ab, der über Verstärkungsrippen 17 (siehe Fig. 2) mit der Lagerhülse 07 verbunden ist, so dass die am Koppelelement 05 eingeleitete Last großflächig verteilt wird. Der Wandungsabschnitt 17a erstreckt sich senkrecht zu den Verstärkungsrippen 17. Insgesamt ergibt sich ein au- ßerordentlich leichter und zugleich sehr steifer Rotor 03.

Zur Lagerung des Rotors 03 auf einer Achse 06 ist eine Lagerhülse 07 am Rotor 03 vorgesehen. Die Lagerhülse 07 kann entweder direkt auf der Lagerachse 06 gleiten oder es können zur Lagerung zwischen La- gerhülse 07 und Lagerachse 06 spezielle Lagerbuchsen oder Wälzla- ger vorgesehen sein.

Weiter sind am Rotor 03 vier Permanentmagnetelemente 08 befestigt.

Alternativ zur Verwendung von vier Permanentmagnetelementen 08 ist auch eine Anzahl von fünf in Bewegungsrichtung des Rotors hinter- einander angeordneten Permanentmagnetelementen 08 denkbar. Diese vier Permanentmagnetelemente 08 sind auf einem kreissegmentförmi- gen Wandungsabschnitt 09 derart angeordnet, dass die Permanentma- gnetelemente 08 auf einer Kreisbahn um die Schwenkachse 02 rotie- ren.

Die am Rotor 03 befestigten Permanentmagnetelemente 08 wirken bei Funktion des Segmentmotors 01 mit zwei in Fig. 1 strichpunktiert an- gedeuteten Magnetkreisen 10 zusammen. Die Magnetkreise 10 werden jeweils von einem Außenjoch 11 und einem Innenjoch 12 gebildet. Die beiden Außenjoche 11 können jeweils durch eine Erregerspule 13 ma- gnetisiert werden, so dass sich ein ausreichender magnetischer Fluss in den Magnetkreisen 10 einstellt.

Die Außenjoche 11 und die Spulen 13 sind mit einem Gießharz und, soweit erforderlich, mit Füllstücken gut wärmeleitend in ein Gehäuse 04 eingebettet. Zur feststehenden Befestigung der Innenjoche 12 am Gehäuse 04 sind Schalen 14 vorgesehen, die sich parallel zur Schwenkachse 02 durch den auf der Innenseite des Wandungsabschnit- tes 09 gebildeten Hohlraum durch den Rotor 03 erstrecken. Im Ergeb- nis wird dadurch erreicht, dass der die Permanentmagnetelemente 08 tragende Wandungsabschnitt 09 des Rotors 03 mit sehr kleinem Luft- spalt zwischen den feststehenden Außenjochen 11 und den feststehen- den Innenjochen 12 hindurch bewegt werden kann. Durch die beiden Magnetkreise 10, die beide jeweils einem gemeinsamen Wandung-

sabschnitt 09 des Rotors 03 zugeordnet sind, wird eine hohe Wirk- kraftausbeute am Segmentmotor 01 erreicht.

Die Fig. la zeigt eine weitere Darstellung des Rotors gem. Fig. 1. Die vorzugsweise mehrteiligen Joche 110,111 sind im Gehäuse 100 durch entsprechende Ausbildungen eingebettet, damit sowohl die Tangential- als auch die Radialkräfte aufgenommen werden. Ebenfalls im Joch- schenkel und Gehäuse eingebettet sind mehrlagige Form-oder Schichtspulen 102, um den Füllfaktor zu verbessern. Um eine gute Wärmeabfuhr zu gewährleisten, weist das Gehäuse 100 Kühlkanäle 101 auf. Die Formspulen 102 bestehen aus mehreren Lagen und kön- nen auf den verschiedenen Seiten des Joches unterschiedliche Quer- schnitte d. h. Breiten aufweisen. Die Lagen sind auf einer Stirnseite mit der jeweils anderen Lage verschweißt. Der Rotor weist Scheiben 105,106 auf, welche am Umfang die Permanentmagnete 103 tragen.

Die Permanentmagnete 103 stützen sich dabei mit ihren beiden Enden auf biegesteife Formstücke 107 ab, die auf den Scheiben anliegen. Die Formstücke 107 übertragen dabei einen Teil oder der gesamten Ma- gnetkraft. Die Scheiben können-wie dargestellt-mittels Schrauben 104 mit einem Hebel 108 verbunden sein, der die Lagerung für ein Kopplungsglied 112 für einen Stellantrieb 113, z. B. ein Ventil, bildet.

Die Joche weisen konische Pole auf. Zudem sind zwischen den Perma- nentmagneten 103 Stege 114 aus einem Material angeordnet, welches die Längenänderung der Permanentmagnete 103 kompensiert.

In Fig. 2 ist der konstruktive Aufbau des Rotors 03 im Detail darge- stellt. Man erkennt das Kopplungselement 05, die Lagerhülse 07 und den kreissegmentförmigen, die Permanentmagnetelemente 08 tragen- den Wandungsabschnitt 09. Der Rotor 03 ist in der Art eines Gusskör- pers ausgebildet und kann beispielsweise aus Kunststoff oder Leicht- metall, insbesondere Aluminium hergestellt werden. In den Grund- werkstoff des Rotors 03, d. h. beispielsweise in den Kunststoff oder in das Leichtmetall, sind die Permanentmagnetelemente 08 eingebettet.

Die Permanentmagnetelemente 08 können dazu beispielsweise in eine

Spitzgussform eingebracht und mit dem entsprechend geeigneten Kunststoff umspritzt werden. Alternativ dazu können die Permanent- magnetelemente 08 zunächst mittels einer Justagevorrichtung einge- legt und anschließend verklebt oder vergossen werden.

Um einen möglichst leichten Rotor 03 herstellen zu können, ist dieser nicht in der Art eines Vollkörpers ausgebildet. Vielmehr wird die La- gerhülse 07 durch sich radial nach außen erstreckende Verbindungs- rippen 15 mit dem Wandungsabschnitt 09 verbunden. Die hinterste Verbindungsrippe 15a ist als vollflächige Wandung ausgebildet, um den Rotor 03 weiter auszusteifen.

Zur Aussteifung des Wandungsabschnitts 09 sind außerdem beidseitig an den Stirnseiten Verstärkungsrippen 16 vorgesehen. Aus spritztech- nischen Gründen ist es teilweise vorteilhaft, wenn diese Verstärkungs- rippen nicht einstückig an den Wandungsabschnitt 09 angeformt sind.

In diesen Fällen werden die Verstärkungsrippen als separate Bauteile gefertigt und nachträglich am Rotor 03 befestigt. Dies kann insbeson- dere durch Ankleben oder Verschweißen der Verstärkungsrippen 16 erfolgen. Auch das Kopplungselement 05 ist mittels Verbindungsele- menten 17 und 17a in den Körper des Rotors 03 integriert.

Wie aus Fig. 2 weiter ersichtlich ist, sind in Richtung der Schwenk- achse 02 hinter den vier Permanentmagnetelementen 08 weitere vier Permanentmagnetelemente 18 am Rotor 03 befestigt, die jeweils mit den zugeordneten Permanentmagnetelementen 08 fluchten. Auf diese Weise kann ein letztendlich beliebig langer Rotor 03 unter Einsatz von standardisierten Permanentmagnetelementen hergestellt werden. Auch in Richtung der Schwenkbewegung ist zwischen den einzelnen Perma- nentmagnetelementen 08 bzw. 18 jeweils ein bestimmter Abstand vor- handen.

In Fig. 3 ist die Befestigung der Permanentmagnetelemente 08 am Ro- tor 03 im Querschnitt entlang der Schnittlinie I-I schematisch darge-

stellt. Im Grundwerkstoff 19, beispielsweise einem geeigneten hochfe- sten Kunststoff, aus dem das Kupplungselement 05, die Lagerhülse 07, der Wandungsabschnitt 09, die Verbindungsrippen 15 und die Verbin- dungsrippen 17 und der Wandungsabschnitt 17a bestehen, sind im Querschnitt keilförmige und sich nach außen öffnende Vertiefungen eingeformt, in die die Permanentmagnetelemente 08 eingelegt, einge- gossen und eingeklebt werden. Auf der Innenseite des Wandungsab- schnitts 09 wird das Permanentmagnetelement 08 durch ein vom Grundwerkstoff 19 gebildetes Abdeckelement 20 vollständig oder auch nur teilweise überdeckt, so dass keine sich von den Permanentmagnet- elementen 08 bzw. 18 lösenden Partikel in den Luftspalt zwischen Ro- tor 03 und Innenjoch 12 gelangen. Außerdem wird durch das Abdeck- element eine erhebliche Erhöhung der Bauteilsteifigkeit erreicht. Am Außenumfang des Wandungsabschnitts 09 werden die Permanentma- gnetelemente 08 bzw. 18 durch eine Abdeckfolie 21 überdeckt, so dass auch die Beschädigung des Luftspalts zwischen dem Rotor 03 und dem Außenjoch 11 durch abgelöste Partikel ausgeschlossen ist.

Alternativ zu der dargestellten Ausführungsform ist es auch denkbar, dass die Permanentmagnetelemente 08 auf der Innenseite des Wan- dungsabschnitts 09 angeordnet sind, beziehungsweise in eine Keilform eingeführt werden, die sich in Richtung des Außenumfangs verjüngt.

Auf diese Weise lassen sich die auf die Permanentmagnetelemente 08 wirkenden Zentrifugalkräfte sehr gut abfangen. Konstruktiv könnten die Permanentmagnetelemente 08 dazu beispielsweise an einem sepa- raten Einlegeteil befestigt werden, das seinerseits an der Innenseite des Wandungsabschnitts 09 fixiert wird.

Fig. 4 zeigt den aus Kunststoff hergestellten Rotor 03 mit Vertiefun- gen 22, in die die Permanentmagnetelemente 08 bzw. 18 eingeklebt werden. Man erkennt, dass die Vertiefungen 22 zur Stirnseite des Ro- tors 03 hin, an der die Versteifungsrippe 16 befestigt ist, einen ge- schlossenen Endquerschnitt aufweisen, so dass die Permanentmagnet-

elemente 08 bzw. 18 auf fünf Seiten vom Grundwerkstoff 19, d. h. von Kunststoff, umschlossen sind.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform 03a eines Rotors, der aus einem Grundwerkstoff 19a, nämlich aus Aluminium, gefertigt ist. Zur Ver- meidung von Wirbelströmen sind die Vertiefungen 23 zur Aufnahme der Permanentmagnetelemente 08 bzw. 18 zu den Stirnseiten des Ro- tors 03a hin offen und werden durch eine entsprechend ausgebildete Verstärkungsrippe 16a, die aus einem elektrisch nicht leitenden Mate- rial hergestellt ist, verschlossen.

Fig. 6 zeigt zwei hintereinander angeordnete Segmentmotoren 01 im Längsschnitt. Die Lagerhülsen 07 der Rotoren 03 sind jeweils auf ei- ner gemeinsamen Lagerachse 06 schwenkbar gelagert, so dass die Ro- toren 03 parallel zueinander um die Schwenkachse 02 verschwenkt werden können. Der Rotor ist mit Lagerbuchsen 60 gelagert, die an einen Schmierkreislauf angeschlossen sein können. Die Stirnseite des Gehäuses 04 wird von einer Lagerplatte 04a gebildet, die mittels Befe- stigungsschrauben 04b befestigt wird. In der Lagerplatte 04a sind Aussparungen zur Befestigung der Lagerachse 06 und der Schale 14 vorgesehen.

An der Unterseite der Rotoren 03 erkennt man die Permanentmagnet- elemente 08 und 18 sowie die Verstärkungsrippen 16. Zueinander wei- send sind an den Rotoren 03 jeweils Geberelemente 24 befestigt, die mit einem Sensor 25 zur Positionserfassung der Rotoren 03 zusam- menwirken. Das Außenjoch 11 ist in das Gehäuse 04 eingegossen. Das Innenjoch 12 ist in der Mitte abgesetzt und wird mittels der Schale 14 feststehend in Lagerplatten gehalten, die durch Schrauben mit dem Gehäuse 04 bzw. dem Außenjoch 11 verbunden sind. In der Mitte wird das Innenjoch 12 durch eine oder mehrere überstehende Lamellen 1 la des Außenjochs 11, die eine Ausnehmung im Wandungsabschnitt 09 durchgreifen, abgestützt, wodurch die zwischen Außenjoch 11 und In- nenjoch 12 auftretenden magnetischen Anziehungskräfte gleichmäßi-

ger radial und tangential abgefangen werden. Im Ergebnis ergibt sich somit ein Luftspalt 26 zwischen Rotor 03 und Außenjoch 11 einerseits und ein Luftspalt 27 zwischen Rotor 03 und Innenjoch 12 andererseits.

Die Fig. 6a zeigt einen Schnitt durch einen Aktutor mit einem alterna- tiven Rotoraufbau gem. Fig. 1 a. Im Gehäuse 100 sind Joche 110,111 mit Spule 102 eingebettet. Die Scheiben 105,106, welche die Perma- nentmagnete 103 fixieren und halten, sind auf einer Welle 116 mit verdrehfestem Profil, z. B. Sechskant, angeordnet. Die Welle 116 ist mittels Lagerbuchsen 118 drehbar in den beiden Lagerblöcken 117 ge- lagert, die mit dem Gehäuse über Befestigungsmittel 119, z. B. in Form von Schrauben, verbunden sind. Auf den Lagerblöcken 117 ist der In- nenstator 121 mit den Jochblechen 120 mittels Schrauben 122 biege- steif und verdrehsicher befestigt. Auf der Welle 116 ist der Hebel 108 und daran befestigtem Koppelglied 112 mit den Scheiben 105,106 über Schrauben 104 verbunden. Die Scheiben 105,106 sind durch en Zwischenstück 123 voneinander beabstandet. Die Permanentmagnete 103 tragen an beiden Stirnseiten eine Außenverstärkung 124, die vor- zugsweise L-förmig gestaltet ist.

Die Fig. 6b zeigt eine weitere Rotorgestaltung. Nachfolgend wird nur auf die Unterschiede zu dem Rotor gem. Fig. 6a eingegangen. Im Un- terschied zum Rotor gem. Fig. 6a haben die beiden Mitnehmerscheiben 105', 106'einen größeren Abstand zueinander, wodurch sich Vorteile bzgl. der Biegebelastung ergeben. Diese Rotorgestaltung läßt sich überall dort einsetzen, wo der Kraftangriffspunkt ungefähr in der Mit- te der Scheiben 105', 106'liegt. Die Scheiben 105', 106'können un- terschiedlich gelagert sein. Auf der linken Seite der Fig. 6b ist die Scheibe 105'auf eine Lagerwelle 116'aufgepreßt, die in zwei Lager- buchsen 118'gelagert ist. Durch diese Ausgestaltung läßt sich ein kleiner Durchmesser einsetzen, wodurch sich eine geringere Reibung ergibt. Auf der rechten Seite der Fig. 6b ist beispielhaft die Scheibe 106'mittels einer Lagerbuchse 118"auf der feststehenden Welle 116' gelagert. Die Lagerbuchse 118"liegt hierzu in einer Öffnung der

Scheibe 106'ein und umfaßt die Welle 116'. Durch die Breite der La- gerbuchse 118"vergrößert sich der Abstand der beiden Innenjochtei- le, wodurch größere magnetische Verluste entstehen, als bei der Lage- rung mit zwei Lagerbuchsen 118', wie es auf der linken Seite der Fig.

6b dargestellt ist. Unabhängig von der Lagerung der beiden Scheiben 105', 106'ist der Innenstator 120', 121'dreiteilig ausgebildet. Die Lagerbuchsen 118'sind in einer durchgehenden Bohrung eingepreßt und fixiert.

Die Fig. 6c zeigt die Lagerung des Koppelgliedes 112'. Die durchge- hende Lagerwelle 125'ist in zwei Lagerbuchsen 126', 127'gelagert, wobei die Lagerbuchsen 126', 127'entweder in dem Koppelglied 112' (linke Seite der Fig. 6c) angeordnet oder zwischen den Scheiben 105', 106'und der Lagerwelle 112'angeordnet sein können (rechte Seite der Fig. 6c).

In Fig. 7, Fig. 8 und Fig. 9 wird die Wirkungsweise der Magnetkreise 10 im Zusammenwirken mit den Permanentmagnetelementen 08 zur Bewirkung der gewünschten Wirkbewegung des Segmentmotors 01 nä- her erläutert. Dabei sind in Fig. 7, Fig. 8 und Fig. 9 lediglich die Tei- le des Segmentmotors 01 dargestellt, die zum unmittelbaren Verständ- nis der Wirkungsweise erforderlich sind. Außerdem entspricht die Darstellung in Fig. 7, Fig. 8 und Fig. 9 einer ebenen Abwicklung der an sich kreisringförmigen Bewegungsbahn, um die Darstellung ent- sprechend zu vereinfachen.

In Fig. 7 befindet sich der Rotor 03 mit den darin eingebetteten Per- manentmagnetelementen 08 in der in Uhrzeigerrichtung orientierten Endlage und entspricht damit der Position, die auch in Fig. 1 darge- stellt ist. Die Permanentmagnetelemente 08 sind senkrecht zur Bewe- gungsrichtung 28 des Rotors 03, die der Bewegung auf einem Kreisbo- gen um die Schwenkachse 02 entspricht, magnetisiert, wobei die in Bewegungsrichtung 28 zueinander benachbarten Permanentmagnetele- mente 08 jeweils mit wechselnder Polung in dem Rotor 03 befestigt

sind. Bei Ansteuerung der Spulen 13 werden die Lamellenblechpakete des Außenjochs 11 und des Innenjochs 12 derart magnetisiert, dass sich die strichpunktierten Magnetkreise 10 bilden. In den Luftspalten 26 und 27 zum Rotor 03 hin sind die Magnetkreise 10 unterbrochen, so dass sich magnetische Nord-bzw. Südpole bilden.

Befindet sich der Rotor 03 in der in Fig. 7 dargestellten Endlage und werden die Magnetkreise 10 durch Erregung der Spulen 13 mit darge- stellter Polung aufgebaut, so wirken auf die Permanentmagnetelemente 08 magnetische Kräfte, die den Rotor 03 in Bewegungsrichtung 28 an- treiben. Sobald die Permanentmagnetelemente 08 genau fluchtend zwi- schen den Polen der Außenjoche 11 und Innenjoche 12 stehen, wird die magnetische Kraft zu Null und wechselt nach dem Durchgang durch diese Mittellage bei gleicher Stromrichtung durch die Erreger- spule das Vorzeichen, so dass der Rotor 03 nach Durchgang durch die Mittellage wiederum abgebremst wird.

An die Außenjoche 11 sind Nebenjoche 29 und 30 angeformt, die ebenfalls durch Erregung mit den Spulen 13 magnetisiert werden kön- nen. Sobald der Rotor 03 seine entgegen der Uhrzeigerrichtung orien- tierte Endlage (entspricht der in Fig. 8 dargestellten Endlage) erreicht hat, wird das Nebenjoch 30 durch die Permanentmagnetelemente 08 derart magnetisiert, dass der Rotor 03 in dieser Endlage fixiert wird.

Zum Antrieb des Rotors 03 in Gegenbewegungsrichtung 31 werden wiederum die Magnetkreise 10 aufgebaut und der Rotor 03 dadurch in Gegenbewegungsrichtung angetrieben. In der ersten Endlage kann der Rotor 03 ebenso durch Magnetisierung des Nebenjochs 29 fixiert wer- den, ohne dass ein Magnetfluss durch die Erregerspule aufgebracht wird.

Bei der in Fig. 7 und Fig. 8 dargestellten Ausführungsform entspricht die Breite der Permanentmagnetelemente 08 in Bewegungsrichtung 28 dem Querschnitt der zugeordneten Magnetkreise 10. Das bedeutet mit anderen Worten, die Breite der Permanentmagnetelemente 08 ent-

spricht gerade der Polbreite des Außenjochs bzw. der Polbreite des Innenjochs. Außerdem entspricht auch der Abstand zwischen zueinan- der benachbarten Permanentmagnetelementen 08 in Bewegungsrich- tung diesem Breitenmaß, so dass sich im Ergebnis ein äquidistantes Raster von Grundwerkstoff 19 und Permanentmagnetelementen 08 er- gibt. Dadurch werden alle Pole der Permanentmagnetelemente 08 so- wohl anziehend als auch abstoßend bei der Krafteinwirkung auf den Rotor 03 durch die Magnetkreise 10 genutzt. Dazu ist es weiterhin er- forderlich, dass die beiden Magnetkreise 10, d. h. die Pole und entspre- chende Polbreiten der benachbarten Außenjoche 11 bzw. Innenjoche 12, einen Abstand zueinander aufweisen, der gerade der Breite der Permanentmagnetelemente in Bewegungsrichtung 28 entspricht.

In Fig. 9 ist eine alternative Ausführungsform 03b des Rotors darge- stellt, der fünf Permanentmagnetelemente 08b aufweist. Beim Rotor 03b weisen die Permanentmagnetelemente 08b jeweils unterschiedli- che Breiten LPM auf, die größer oder kleiner sind als die Breite der Pole der zugeordneten Außenjoche 11 bzw. der Pole der zugeordneten Innenjoche 12. Damit ergeben sich für die verschiedenen Permanent- magnetelemente 08b unterschiedliche Eintauchtiefen Ap in den Joch- ständer. Der Abstand APM zwischen benachbarten Permanentmagnet- elementen 08b ist erheblich kleiner (ungefähr 20%) als die Breite LPM der Permanentmagnetelemente 08b.

Durch entsprechende Gestaltung der Eintauchtiefen Ap kann erreicht werden, dass der Rotor 03b in seinen Endlagen fixiert werden kann, ohne dass dazu entsprechende Nebenjoche erforderlich sind. Darüber hinaus ist durch die Eintauchtiefe der verschiedenen Permanentma- gnetelemente 08b eine Optimierung der Anfangskraft, des Kraftver- laufs und der Lage der Kraftumkehr innerhalb des Hubes möglich.

Auch der Abstand As zwischen den verschiedenen Magnetkreisen kann variiert werden, um dadurch die verschiedenen Systemparameter zu optimieren.

In Fig. 9a sind schematisch die Funktionen 62,63 und 64 der Kraftent- faltung des Rotors 03b beim Durchlauf zwischen seinen beiden Endla- gen für unterschiedliche Stromstärken und Stromrichtungen aufgetra- gen. Funktion 62 stellt den Kraftverlauf für den hohen positiven Strom durch die Erregerspule, 63 den Kraftverlauf für den entsprechend ho- hen negativen Strom dar. Der Kraftverlauf ist gegenüber dem Umkehr- punkt U asymmetrisch. Die Funktion 64 stellt den Kraftverlauf für den stromlosen Zustand dar. Die Funktion 65 zeigt den typischen Gas- kraftverlauf am Auslassventil während der Öffnung und Hubbewe- gung. Zur Ventilöffnung gegen Gaskraft muss die Magnetkraft 62 grö- ßer sein als die Gaskraft, da das Ventil beschleunigt werden muss, um eine kurze Öffnungszeit zu ermöglichen. Zusätzliche Gegenkräfte (z. B. Reibung) müssen zusätzlich berücksichtigt werden. Diese sind jedoch im Lastbetrieb deutlich geringer als die Gaskraft. Nach der Hubmitte muss das Ventil wieder verzögert werden. Dies ist durch ei- ne kleinere, die Verzögerung bewirkende Magnetkraft in entgegenge- setzter Richtung möglich.

Man erkennt, das die vom Rotor 03b abgegebene Kraft beim Umkehr- punkt U einen Nulldurchgang hat und somit das Vorzeichen der abge- gebenen Kraft wechselt. Die Kraftumkehr ohne Umpolung ist insbe- sondere beim Antrieb von Ventilen von Vorteil, da diese nach Durch- lauf des Hubes zur Endlage hin wieder abgebremst werden müssen.

Aufgrund der Kraftumkehr genügt hierfür eine Reduzierung des Stro- mes ohne Umpolung entsprechend Verlauf 62a. Die Höhe des Stromes wird durch die Closed-Loop-Regelung bestimmt. Im Hubendbereich kann es jedoch zu einer Umpolung bei kleinen Strömen kommen, um eine Feinregelung mit kleinen Aufsetzgeschwindigkeiten zu erzielen (Soft-touch). Die Hubarbeit der schraffierten Flächen 66a und 66b im positiven und negativen Kraftbereich muss gleich sein, um diesen Soft-touch zu erzielen. Insbesondere beim Betrieb gegen Gasgegen- kräfte ist eine Auslegung sinnvoll, die eine Unsymmetrie des Kraftver- laufes gegenüber dem Umkehrpunkt vorsieht. Da für Einlassventile in

beiden Bewegungsrichtungen vergleichbare Gegenkräfte wirken, wäre für diesen Fall eine Symmetrie des Kraftverlaufes gegenüber dem Um- kehrpunkt sinnvoller.

Da für die Kraftumkehr keine Umpolung/Stromumkehr erforderlich ist, kann zudem eine höhere Dynamik im Betrieb erzielt werden sowie der Energiebedarf reduziert werden. Die Kraft des Kraftverlaufes 64 ohne Strom in den Endlagen (64a negativ und 64b positiv) wirkt in Richtung der Endlagen. Dies wirkt sich positiv auf die Energiebilanz aus, da der stationäre Betrieb in den Endlagenstellungen keinen Strom erfordert.

In Fig. 10 ist eine zweite Ausführungsform 32 eines Segmentmotors im Querschnitt dargestellt. Beim Segmentmotor 32 ist lediglich ein Magnetkreis 33 zum Antrieb des Rotors 03 vorgesehen. Zum Aufbau des Magnetkreises 33 im Außenjoch 34 bzw. Innenjoch 35 sind jedoch zwei Erregerspulen 36 vorhanden, die synchron oder unabhängig von- einander betrieben werden können. Durch die Redundanz der beiden Spulen 36 ist gewährleistet, dass bei Ausfall einer der beiden Spulen der Rotor 03 noch in seine Endlage zurückgezogen werden kann, so dass insbesondere beim Einsatz des Segmentmotors 32 zum Antrieb eines Ventils in einem Verbrennungsmotor eine Kollision zwischen Kolben und Ventil verhindert wird. Mittels Schrauben ist das Gehäuse des Segmentmotors z. B. mit dem Zylinderkopf eines Verbrennungsmo- tors wärmeleitend verbunden.

In Fig. 11 ist eine dritte Ausführungsform 37 eines Segmentmotors dargestellt. Der Segmentmotor 37 weist einen Rotor 38 auf, der zwei getrennte, kreissegmentförmige Wandungsabschnitte 39 enthält, in de- nen jeweils Permanentmagnetelemente befestigt sind. Den beiden Wandungsabschnitten 39 sind jeweils Magnetkreise 40 zugeordnet. Da die Magnetkreise 40 am Segmentmotor 37 übereinander angeordnet sind, ergibt sich eine außerordentlich schmale Bauweise bei hoher Kraftentwicklung.

In Fig. 12 ist eine vierte Ausführungsform 41 eines Segmentmotors im Querschnitt dargestellt. Der Aufbau des Stators 42 mit den Außenjo- chen 43 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau des Segmentmotors 01. Der wesentliche Unterschied zwischen den Segmentmotoren 41 und 01 besteht im Aufbau des Rotors 44. Hinter den Permanentma- gnetelementen 08 ist im Rotor 44 ein Magnetflusselement 45 eingebet- tet. Durch das Magnetflusselement 45 wird bei entsprechender Stel- lung des Rotors 44 der Magnetkreis 46 geschlossen.

Alternativ zur Kombination der beiden Permanentmagnetelemente 08 mit dem Magnetflusselement 45 kann auch ein einziges Permanentma- gnetelement 47 eingesetzt werden, das zwischen zwei Magnetflussele- menten 48 positioniert ist. Auch bei dieser Ausführungsform kann eine dem Rotor 03 entsprechende Versteifungsstruktur eingesetzt werden.

In Fig. 13 ist eine erste Ausführungsform eines Ventilantriebs an ei- nem Verbrennungsmotor dargestellt. Zwei Segmentmotoren 32 sind nebeneinander auf einem Zylinderkopf 49 aufgeschraubt und treiben die Einlass-bzw. Auslassventile an. Die in Fig. 13 dargestellte Aus- führungsform erlaubt den Bau von sehr flachen Motoren mit relativ breitem Zylinderkopf.

Bei dem in Fig. 14 dargestellten Ventilantrieb sind zwei Segmentmo- toren 50 übereinander auf einem Zylinderkopf 51 befestigt. Dadurch lässt sich die Einbaubreite erheblich verringern. Im oberen Segment- motor 50 sind Kühlkanäle 61 vorgesehen, um für eine ausreichende Kühlung zu sorgen.

Fig. 15 zeigt die beiden Segmentmotoren 50 und den Zylinderkopf 51 in perspektivischer Ansicht. Die beiden Segmentmotoren 50 weisen jeweils zueinander gerichtete Kontaktflächen 52 auf, die eine einfache Montage der beiden Segmentmotoren 50 aufeinander erlauben. Der Versatz im vorderen Teil zwischen denNbeiden Segmentmotoren 50 wird durch den Ventilabstand im Zylinderkopf 51 verursacht und kann

zur Anbringung eines Steuergerätes genutzt werden, da die wärmelei- tende Kopplung mit dem gekühlten Aktuatorgehäuse eine wünschens- werte Kühlung des Steuergerätes ermöglicht.

Fig. 16 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Ventilantriebs mit zwei nebeneinander angeordneten Segmentmotoren 37.

Fig. 17 zeigt die Ansteuerung der Erregerspulen S l und S2 in den Segmentmotoren 37.

In Fig. 18 und Fig. 19 sind Ersatzschaltbilder der Ansteuerung der Er- regerspulen S l und S2 dargestellt, die alternativ zueinander eingesetzt werden können. Die Erregerspannung Us kann gemäß Fig. 18 entweder über die parallel zueinander geschalteten Erregerspulen S1 und S2 an- gelegt werden. Alternativ dazu kann die Erregerspannung Us gemäß Fig. 19 über die in Reihe geschalteten Erregerspulen Si und S2 ange- legt werden.

In Fig. 20 ist vereinfacht eine Vollbrücke dargestellt, über die die Spulen S1 und S2 angesteuert werden können. Am Eingang der Voll- brücke ist die Stromversorgung angeschlossen, die vorzugsweise durch das Bordnetz eines Fahrzeugs zur Verfügung gestellt wird. In der Mit- te wird die Spule Si bzw. S2 angeschlossen. Als Leistungsschalter werden vorzugsweise MOSFET eingesetzt. Im linken oberen Quadran- ten ist das typische Symbol gezeichnet. Die anderen Quadranten sind lediglich symbolisch dargestellt. Mit der in Fig. 20 dargestellten Voll- brücke lässt sich jeder Schaltmodus, insbesondere Umpolung, Rück- speisung der Spulenenergie in das Netz sowie ein schnelles und lang- sames Abschalten des Stroms, realisieren.

In Fig. 21 ist eine weitere Ausführungsform eines Ventilantriebs mit vier Segmentmotoren 53 dargestellt. Im Ergebnis ist dadurch ein Verbrennungsmotor mit sehr geringen Ventilabständen sowohl in Richtung der Motorlängsachse als auch in Querrichtung dazu möglich.

In der Mitte zwischen den Segmentmotoren 53 kann außerdem ein wei-

teres Funktionselement des Verbrennungsmotors, im vorliegenden Fall ein Einspritzventil 54, positioniert werden. Die dargestellte Konfigu- ration ermöglicht einen sehr schmalen Zylinderkopf mit großer Gestal- tungsfreiheit für Saugrohr und Auspuff.

Die Fig. 22,23 und 24 zeigen schematisch verschiedene Anwendungs- beispiele zum Einsatz erfindungsgemäßer Segmentmotoren.

In Fig. 22 ist ein Ventilantrieb zur Verstellung eines Ventils 55 mit- tels eines Segmentmotors 56 schematisch dargestellt.

Gemäß Fig. 23 wird ein Segmentmotor 56a auch dazu eingesetzt, eine Stellklappe 58 hochdynamisch zu verstellen.

Gemäß Fig. 24 kann ein Segmentmotor 56b auch zum Antrieb eines lediglich schematisch dargestellten Scheibenwischers 59 eingesetzt werden Die Fig. 25a bis 25d zeigen unterschiedliche Magnetanordnungen, die sich in der Anzahl der Jochschenkel und entsprechenden Anzahl der Permanentmagnete und Rotorausbildung unterscheiden. Durch die un- terschiedlichen Ausgestaltungen lassen sich unterschiedliche Kräfte bzw. Drehmomente erzeugen.

Die Fig. 25a zeigt eine Ausführung mit einem Magnetsystem und zwei Jochschenkeln 131 und zwei Permanentmagneten 136. Der Rotor 135 ist um eine Achse 130 verschwenkbar. Am Rotor 135 ist ein Hebel 133 angeformt oder befestigt, der eine Welle 134 trägt, welche zur Befe- stigung eines Stellgliedes (nicht dargestellt) dient. Der Innenstator 137 weist ebenfalls zwei Pole auf, die den Polen des Außenstators 131 gegenüberliegen. In den durch die Pole von Außenstator 131 und In- nenstator 137 gebildeten Luftspalten liegt der Rotor 135 mit seinen Permanentmagneten 136 ein. Nur der Außenstator 131 trägt an seinen Jochen Erregerwicklungen 132.

Die Fig. 25b zeigt eine Ausführungsform mit zwei Magnetsystemen, wobei jedes der beiden Magnetsysteme identisch mit dem in Fig. 25a dargestellten Magnetsystem ist. Der Rotor 135'ist hierzu entspre- chend ausgebildet und trägt nunmehr vier Permanentmagnete 136, wo- bei jeweils zwei Permanentmagnete 136 jeweils einem Magnetsystem zugeordnet sind. Der Rotor 135'kann spiegelsymmetrisch ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, die Magnetsysteme in beliebigem Winkel zueinander anzuordnen. Auch können mehr als zwei Magnetsy- steme am Rotor angreifen. Ebenso ist es möglich, das jedes Magnetsy- stem mehr als zwei Permanentmagnete im Rotor aufweist.

Es ist auch möglich, die Magnetsysteme zu einer Statoranordnung zu- sammenzufassen, wobei der Außenstator und der Innenstator jeweils nur aus einem gemeinsamen Paket von Blechen besteht. Derartige An- ordnungen sind beispielhaft in den Fig. 25c und 25d dargestellt. So zeigt Fig. 25c ein Drei-Magnetsystem mit sechs Polen. Der Außensta- tor 140 besteht aus einem Blechpaket, welches 6 Joche bildet. Die Er- regerwicklungen 141 können als Wickelspulen oder Formspulen aus- gebildet sein. Jeweils zwei benachbarte Joche bilden zusammen mit den gegenüberliegenden Polen des Innenstator 143 ein Magnetsystem.

Der Rotor ist um die Achse 144 drehbar gelagert und hat einen Hebel- arm 145, in dem eine Welle 146 zum Antrieb eines Stellgliedes dreh- bar gelagert ist. Die Fig. 25d zeigt ein Vier-Magnetsystem mit acht Polen. Die in den Figuren 25c und 25d dargestellten Ausführungsfor- men eignen sich besonders dann, wenn eine kurze Aktuatorlänge ge- fordert ist.

Die Fig. 26 zeigt eine Ausschnittsvergrößerung der Magnetfixierung und Einbettung. Zwei Magnete 160 stützen sich auf den Scheiben 161 mit metallischen Anschlägen 162,162'ab. Die Scheiben 161 entspre- chen dabei den Scheiben 105,106 bzw. 105', 106'der Rotoren gem. der Figuren 6a und 6b. Die Magnete 160 können in den Schalen 163 eingebettet sein, damit Risse in den Permanentmagneten 160 sicher vermieden werden. Die Schalen 163 sind biegesteif und vorzugsweise

aus Stahl und stützen sich in der Mitte an den Scheiben 161 und am Ende der Magnetreihe an der Magnetabstützung 162 bzw. 162'ab. Die Permanentmagnete 160 haben vorzugsweise insbesondere quer zur Flußrichtung sehr kleine Ausdehnungskoeffizienten. Zur Kompensati- on der Temperaturausdehnung sind zwischen den Magneten 160 Stege aus einem Material eingesetzt, z. B. Kunststoff, insbesondere Gießharz, welche die unterschiedliche Längenausdehnung der Scheiben am Um- fang relativ zur magnetbreite kompensiert. Diese Stege sind u. a. auch wegen der unterschiedlichen Temperaturausdehnung in Achsrichtung unterbrochen. Die Magnete 160 können unterschiedlich befestigt wer- den. So ist auf der linken Seite dargestellt, wie die Magnete 160 mit- tels eines Spannbandes 165 radial von außen umspannt sind. Die Per- manentmagnet können auch in fensterartigen Öffnungen der Scheiben 161 einliegen, wobei zusätzlich ein Gurt 166 die Permanentmagnete 160 umspannt. Der Zwischenraum zwischen Gurt 166 und den Perma- nentmagneten 160 kann durch einen Kleber oder Gießharz 167 ausge- füllt sein.

Die Fig. 27 zeigt eine weitere mögliche Gestaltung eines Segmentmo- tors. Die Magnetstufe 170 mit ihrer Erregerspule 171 ist von der Hauptmagnetstufe 172 des Segmentmotors abgesetzt. Die Magnetstufe 170 wirkt auf den zusätzlichen Permanentmagnete 174 tragenden Rotor 173. Der Hauptmagnetstufe 172 ist der Hauptrotor 175 zugeordnet, welcher ebenfalls Permanentmagnete 176 aufweist. Die Magnetstufe 170 erzeugt eine zusätzliche Kraft, welche über einen Betätigungsstift 177 auf den am Hauptrotor 175 angeformten Hebel 178 zur Betätigung z. B. eines Ventils 179 übertragen wird. Die Magnetstufe 170 wird nur bei einem erhöhten Kraftbedarf wirksam, z. B. zum Öffnen eines Aus- laßventils. Im Normalfall, z. B. Teillastbetrieb, wirkt nur die Haupt- magnetstufe 172. Die Hauptmagnetstufe 172 ist beispielhaft als Drei- Magnetsystem mit zugehörigem Rotor 175 mit sechs Permanentmagne- ten 176 ausgeführt. Der Rotor 173 weist einen gedämpften Anschlag 180 auf. Beide Rotoren 173,175 sind vorzugsweise auf einer Welle

gelagert. Der Rotor 173 kann einen größeren Radius aufweisen als der Rotor 175 der Hauptmagnetstufe 172. Für jeden Rotor kann ein Über- setzungsverhältnis von Rotorradius und Krafteinleitungspunkt des He- bels auf das Stellglied eingestellt werden. Durch den Hebel 173 kann eine entsprechend große Zusatzkraft auf das Ventil 179 übertragen werden. Ein entsprechend gewähltes Verhältnis zwischen der vom Hauptrotor 175 aufgebrachten Kraft und der vom Rotor 173 aufge- brachten Kraft bietet sich z. B. dann an, wenn die Gaskraft nur über ca.

30% des Ventilhubes stark einwirkt. Bei diesem Konzept mit kleinem Kraftbedarf für den Normalbetrieb bietet sich an, auch die Hauptma- gnetstufe des Segmentmotors mit einem entsprechendem Überset- zungsverhältnis von Rotorradius und Radius zur Ventilachse auszule- gen. Da die effektive masse in der Ventilachse in einem quadratischen Verhältnis zum Übersetzungsverhältnis i steht, würde bei i = 0,8 die effektive Masse 35 % geringer sein. Mit beiden Maßnahmen kann der elektrische Leistungsbedarf um ca. 20% und mehr reduziert werden.

Die Ventilhubbewegung erfordert zur Regelung einen Wegsensor. Die- ser ist beispielhaft als Wirbelstromsensor 181 ausgebildet und mit dem Gehäuse des Kopplungsgliedes 182 als Target kombiniert.

Die dargestellten Beispiele beschränken die möglichen Anwendungs- fälle erfindungsgemäßer Segmentmotoren nicht. Diese Segmentmoto- ren können grundsätzlich überall dort eingesetzt werden, wo bisher Elektromotoren mit Getriebeübersetzungen oder Exzenter verwendet wurden. Erfindungsgemäße Segmentmotoren können Bauraum, Ge- wicht und Antriebsenergie einsparen und sind den bisher verwendeten Lösungen im Ansprechverhalten und Wirkungsgrad überlegen.

Die beispielhaften Ausführungen zu dem Segmentmotor gem. der Figu- ren gelten selbstverständlich, insbesondere was die Anordnung der Permanentmagnete und die Ansteuerung der Erregerspulen angeht, analog für einen nicht dargestellten Linearmotor bzw. Linearsegment- motor. Bzgl. möglicher Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Linearsegmentmotoren wird hiermit im vollem Umfang auf die DE 102004062340.6 sowie die DE 102005001221.3 Bezug genommen.