DE102009047502A1

DE102009047502A1 - Elektromotor

Info

Publication number: DE102009047502A1
Application number: DE200910047502
Authority: DE
Inventors: Torsten Henke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2009-12-04
Publication date: 2011-06-09
Also published as: WO2011067308A2; EP2507898A2; WO2011067308A3

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Rotor (10) und einer Sperreinrichtung (20) zum Sperren einer Rotation des Rotors (10), wobei die Sperreinrichtung (20) in Axialrichtung des Rotors (10) koaxial auf einer Mittelachse (M) des Rotors (10), insbesondere an einer einer Antriebsseite (11) entgegengesetzten Endseite (12) des Rotors (10), angeordnet ist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor für eine Servolenkung von Kraftfahrzeugen.
Elektromotore von Servolenkungen des Standes der Technik weisen üblicherweise einen in Bezug auf die Rotorachse winklig angeordneten Aktuator zum Sperren der Rotorrotation auf. Dies ist besonders nachteilig, da hierdurch ein großer Bauraum zur Platzierung bzw. den Einbau des Elektromotors erforderlich ist.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass hierbei die Baukomponenten derart zueinander angeordnet sind, dass das Bauvolumen drastisch reduziert und dadurch die Platzierung der Servolenkungskomponente im Fahrzeug wesentlich erleichtert wird. Hierzu weist der Elektromotor einen Rotor und eine Sperreinrichtung zum Sperren einer Rotation des Rotors auf, wobei die Sperreinrichtung in Axialrichtung des Rotors koaxial auf einer Mittelachse des Rotors angeordnet ist. Die Sperreinrichtung kann an einer einer Antriebsseite entgegengesetzten Endseite des Rotors oder an der Antriebsseite des Rotors koaxial zur Mittelachse angeordnet sein. Aufgrund der koaxial zur Rotormittelachse angeordneten Sperreinrichtung reduziert sich der Bauraumbedarf erheblich. Ferner kann der Einbauort des Elektromotors entsprechend dem zur Verfügung stehenden Einbauraum an der Lenksäule im Fahrgastraum oder an der Zahnstange im Motorraum variabler ausgewählt werden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Elektromotor ferner ein Steuergerät zur Steuerung des Elektromotors, wobei die Sperreinrichtung axial zwischen dem Rotor und dem Steuergerät angeordnet ist und wobei das Steuergerät koaxial zum Rotor und zur Sperreinrichtung angeordnet ist. Durch die koaxiale Anordnung und Integration der drei Baukomponenten werden eine kurze Baulänge und eine besonders kompakte und gewichtsreduzierte Bauform realisiert.
Vorzugsweise weist die Sperreinrichtung einen Aktuator mit einem Eingriffselement und eine Ausnehmung auf, wobei die Ausnehmung direkt im Rotor gebildet ist und das Eingangselement direkt in den Rotor eingreift, um den Rotor zu sperren. Weiterhin bevorzugt umfasst das Eingangselement wenigstens einen Stift, welcher in die direkt im Rotor an der Innenseite des Rotors vorgesehene Ausnehmung eingreift. Aufgrund der Ausbildung der Sperreinrichtung und dem Direkteingriff in den Rotor wird ein besonders einfacher Aufbau erreicht und ferner eine Reduzierung der Anzahl und der Kosten der Bauteile realisiert. Ferner ist hierdurch eine Gewichtsreduzierung der Baugruppe und somit ein Beitrag zur Verbrauchs- und Emissionsreduzierung des Fahrzeugs realisierbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Eingriffselement eine geradzahlige Vielzahl von Stiften und entsprechende Ausnehmungen, die im Rotor vorgesehen sind. Hierdurch wird ein besonders rasches und sicheres Sperren in weniger als einer 360°-Rotationsdauer des Rotors ermöglicht und zudem die auf jeden einzelnen Stift einwirkende Scher- bzw. Sperrkraft reduziert. Wenn z. B. vier Stifte und entsprechend vier Ausnehmungen gleichmäßig verteilt angeordnet sind, ist für einen Sperrvorgang eine maximale Rotationsdauer über 90° möglich.
Vorzugsweise umfasst der Aktuator einen Magnetkreis, insbesondere einen Topfmagneten, welcher das Eingriffselement in Axialrichtung der Mittelachse des Rotors bewegt. Hierdurch wird in kompakter Bauform eine einfache und kostengünstige Betätigung des Eingriffselements realisiert.
Gemäß einer bevorzugten Alternative umfasst der Aktuator einen Linearantrieb, welcher das Eingriffselement in Axialrichtung der Mittelachse des Rotors bewegt. Durch den Einsatz des Linearantriebs wird mit minimalem Bauvolumen eine besonders betriebssichere, geräuscharme und wartungsfreie Aktuatorfunktion erreicht. Ferner können auch vergleichsweise große Sperrkräfte übertragen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Sperreinrichtung ein an der Endseite des Rotors angeordnetes Speichenrad und ein Stiftelement zum Eingriff mit dem Speichenrad. Hierdurch wird die kostengünstige Verwendung von bekannten Bauteilen der Baugruppe sowie der Steuerungslogik des Steuergeräts ohne wesentliche Modifikationen ermöglicht.
Vorzugsweise ist das Eingriffselement mittels einer oder mehrerer Führungsvorrichtungen geführt und/oder durch einen Gehäusebereich geführt. Hierdurch wird in Axialrichtung ein exakter und betriebssicherer Eingriff eines oder mehrerer Stifte in die entsprechenden Ausnehmungen im Rotor oder im Speichenrad gewährleistet.
Die Servolenkungsvorrichtung kann mit beliebigen Typen von Elektromotoren betrieben werden. Dabei können besonders bevorzugt alle Arten von permanent erregten bürstenlosen (PSM-)Motoren mit einem Rotor mit Speichen-Magnetstück oder mit Ringmagnet oder eingebetteten Magnetstück eingesetzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 eine schematisch vereinfachte Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Elektromotors
Ausführungsform der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 ein erfindungsgemäßer Elektromotor gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung detailliert beschrieben.
Wie aus der schematischen Schnittdarstellung von 1 ersichtlich, umfasst der Elektromotor 1 einen Rotor 10 mit einer Rotorwelle 14, einen Stator 13 und eine Sperreinrichtung 20, die im Inneren eines Gehäuses 4 in Axialrichtung einer Mittelachse M angeordnet sind. An einem aus einer Antriebsseite 11 des Rotors 10 herausragenden Ende der Rotorwelle 14 ist ferner ein Abtriebselement 15 zur Übertragung einer Abtriebskraft des Elektromotors 1 fixiert. Die Sperreinrichtung 20 ist an einer zur Antriebsseite 11 des Rotors 10 entgegengesetzten Endseite 12 koaxial auf der Mittelachse M des Rotors 10 angeordnet. Wie aus 1 ferner ersichtlich, umfasst der Elektromotor 1 ferner ein Steuergerät 3 zur Steuerung des Elektromotors 1, das koaxial zum Rotor 10 und zur Sperreinrichtung 20 angeordnet ist und an der Sperreinrichtung 20 fixiert ist.
Die Sperreinrichtung 20 weist einen Aktuator 21 mit einem Eingriffselement 22 und eine Ausnehmung 23 auf, die an der Endseite 12 des Rotors 10 gebildet ist. Der Aktuator 21 weist einen am Steuergerät 3 fixierten Topfmagneten 25 und einen in dessen Innern angeordneten Anker 27 auf, der auf der Mittelachse M rotationssymmetrisch und radial verdrehgesichert angeordnet ist. Zwischen einem mittleren Endbereich 28 des Topfmagneten 25 und dem Eingriffselement 22 ist ein Vorspannelement 26 angeordnet, das, wie in 1 dargestellt, vorzugsweise als Federelement ausgebildet ist. Bei Bestromung des Ankers 27 wird das Eingriffelement 22, das auf einer Innenoberfläche 5 des Gehäuses 4 geführt ist, durch die auftretenden Magnetkräfte axial in Richtung eines Pfeils P zum Rotor 10 abgestoßen bzw. verschoben. Hierdurch greift ein am Eingriffselement 22 angeordneter Stift 24 direkt in die Ausnehmung 23 im Rotor 10 ein und sperrt die Rotorrotation.
Hierbei sei angemerkt, dass die Zeitdauer der Bestromung mindestens eine Rotationsdauer des Rotors 10 betragen muss, damit der Stift 24 in die eine Ausnehmung 23 im Rotor 10 eingreifen kann. Bei abgeschalteter Bestromung des Ankers 27 wird der Stift 24 des Eingriffselements 22 aufgrund der fehlenden Magnetkräfte durch die Rückstellkraft des Vorspannelements 26 axial in entgegengesetzter Richtung des Pfeils P wieder aus der Ausnehmung 23 im Rotor 10 ausgerückt und die Sperrung der Rotorrotation aufgehoben.
Alternativ kann der Anker 27 auch so bestromt werden, dass das Eingriffselement 22 von einem Magnetfeld permanent angezogen wird und der Stift 24 des Eingriffselements 20 erst bei abgeschalteter Bestromung und fehlendem Magnetfeld aufgrund der Vorspannkraft des Vorspannelements 26 axial in Richtung des Pfeils P in die Ausnehmung 23 eingerückt wird. Bei erneuter Bestromung des Ankers 27 wird der Stift des Eingriffselements 22 in entgegengesetzter axialer Richtung wieder aus der Ausnehmung ausgerückt.
Alternativ zum in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel kann das Eingriffselement 22 anstelle eines Stifts 24 auch eine geradzahlige Vielzahl von Stiften aufweisen. Dadurch ist es möglich, die Bestromungszeit mit immer größerer Anzahl von Stiften auf einen immer geringeren Teil einer Teil-Rotationsdauer des Rotors 10 zu verringern, sodass der axiale Eingriff in die entsprechenden Ausnehmungen im Rotor 10 und somit dessen Sperrung schneller erfolgt.
Alternativ kann der Aktuator 21 auch einen Linearantrieb umfassen, der eine besonders geräuscharme und betriebssichere Betätigung des Eingriffselements 22 ermöglicht. Ferner ist der Linearantrieb im Wesentlichen wartungsfrei und weist eine hohe Dauerhaltbarkeit auch bei Übertragung höherer Sperrkräfte auf. Des Weiteren kann die Sperreinrichtung 20 alternativ auch ein an der Endseite 12 des Rotors 10 angeordnetes Speichenrad mit einem Stiftelement zum Eingriff in das Speichenrad umfassen. Diese bewährte Bauteilpaarung zeichnet sich vorzugsweise durch eine hohe Funktionssicherheit und geringe Teilekosten aus.
Zusätzlich zur oder anstelle der Führung im Gehäuse 4 kann durch den alternativen Einsatz von einer oder mehrerer Führungsvorrichtungen die axiale Führung des Eingriffselements 22 wesentlich verbessert werden.
Der erfindungsgemäße Elektromotor 1 stellt eine kompakte, platzsparende und in ihrer Gesamtheit axial angeordnete und betätigte Baugruppe für eine elektrische Servolenkung bereit, welche aufgrund ihres geringen radialen und axialen Bauraums eine deutlich verbesserte Platzierbarkeit im Fahrzeug sowohl im Bereich der Lenksäule als auch im Bereich der Zahnstange ermöglicht.

Claims

Elektromotor mit einem Rotor (10) und einer Sperreinrichtung (20) zum Sperren einer Rotation des Rotors (10), wobei die Sperreinrichtung (20) in Axialrichtung des Rotors (10) koaxial auf einer Mittelachse (M) des Rotors (10), insbesondere an einer einer Antriebsseite (11) entgegengesetzten Endseite (12) des Rotors (10), angeordnet ist.
Elektromotor nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Steuergerät (3) zur Steuerung des Elektromotors, wobei die Sperreinrichtung (20) axial zwischen dem Rotor (10) und dem Steuergerät (3) angeordnet ist, und wobei das Steuergerät (3) koaxial zum Rotor (10) und zur Sperreinrichtung (20) angeordnet ist.
Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinrichtung (20) einen Aktuator (21) mit einem Eingriffselement (22) und eine Ausnehmung (23) aufweist, wobei die Ausnehmung (23) direkt im Rotor (10) gebildet ist und das Eingriffselement (22) direkt in den Rotor (10) eingreift, um den Rotor (10) zu sperren.
Elektromotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingriffselement (22) wenigstens einen Stift (24) umfasst, welcher in die direkt im Rotor (10) an der Endseite (12) des Rotors vorgesehene Ausnehmung (23) eingreift.
Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingriffselement (22) eine geradzahlige Vielzahl von Stiften (24) umfasst und entsprechende Ausnehmungen im Rotor (10) vorgesehen sind.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (21) einen Magnetkreis, insbesondere einen Topfmagneten (25), umfasst, welcher das Eingriffselement (22) in Axialrichtung der Mittelachse (M) des Rotors (10) bewegt.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (21) einen Linearantrieb umfasst, welcher das Eingriffselement (22) in Axialrichtung der Mittelachse (M) des Rotors (10) bewegt.
Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinrichtung (20) ein an der Endseite (12) des Rotors (10) angeordnetes Speichenrad und ein Stiftelement zum Eingriff mit dem Speichenrad umfasst.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingriffselement (22) mittels einer oder mehrerer Führungsvorrichtungen geführt ist und/oder durch einen Gehäusebereich geführt ist.
Servolenkung für ein Fahrzeug umfassend einen Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche.