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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft allgemein Antriebsmotoren, insbesondere in Motorraumaktuatoren eingebaute Antriebsmotoren. Weiterhin betrifft die Erfindung Tragevorrichtungen zum Halten eines Positionsgebers in derartigen Antriebsmotoren.
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Stand der Technik
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Ein Positionsgeber für einen Elektromotor ist beispielsweise aus der
DE 10 2009 002 907 A1 bekannt. Bei dem Positionsgeber handelt es sich um einen drehfest mit einem Rotor des Elektromotors verbundenen Magneten, so dass sich mit einem drehfest mit einem Stator des Elektromotors verbundenen Magnetsensor die Winkellage des Rotors in dem Elektromotor herleiten lässt.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Halten eines Positionsgebers, der eingerichtet ist, in einem Elektromotor die Winkellage eines Rotor anzuzeigen gemäß Anspruch 1 sowie ein Elektromotor mit der Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung, in der ein Positionsgeber für einen Rotor eines Elektromotor gehalten ist, der zum Anzeigen einer Winkellage des Rotor vorgesehen ist gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
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Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Halten eines vorzugsweise als Magnet ausgebildeten Positionsgebers, der eingerichtet ist, in einem Elektromotor die Winkellage eines Rotor anzuzeigen vorgesehen. Die angegebene Vorrichtung umfasst einen axial zum Rotor anordbaren Tragekörper mit einem axial ausgerichteten Aufnahmeraum, in den der Positionsgeber über eine Einschuböffnung axial einschiebbar ist und mit einem Gegenlager zum axialen Halten eines den Aufnahmeraum wenigstens teilweise verschließenden Deckels.
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Der angegebenen Vorrichtung liegt die Überlegung zugrunde, dass der Positionsgeber am Rotor im Elektromotor Schüttel- und Vibrationsbelastungen ausgesetzt sein kann, die den Positionsgeber lösen könnten und was zu einer Verfälschung der durch den Positionsgeber erfassbaren Winkellage des Rotors führt. Zwar könnte der Positionsgeber an der Welle direkt oder im Aufnahmeraum eines Tragekörpers durch Verklebt, Verstemmt, Verschweißt oder anderweitige Befestigungsmethoden direkt befestigt werden, jedoch zeigt sich, dass all diesen Befestigungsvarianten den oben genannten Schüttel- und Vibrationsbelastungen nur bedingt standhalten können und der Positionsgeber sich über kurz oder lang löst. Während beim Verkleben der Kleber nur bedingte mechanische Belastungen aufnehmen kann, wird der Positionsgeber beim Verkleben und Verschweißen mechanischen Belastungen ausgesetzt, die insbesondere als Magnet nur bedingt aufnehmen kann. Daher kann die Befestigung des Positionsgebers an am Rotor nicht beliebig stark ausgebildet werden.
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Die Erfindung schlägt zur Verbesserung der Befestigung des Positionsgebers vor, den Positionsgeber über eine Formschlussverbindung im Aufnahmeraum des Tragekörpers zu befestigen. Der Tragekörper kann dann mit einer hohen Festigkeit an der Rotorwelle befestigt werden, während der Positionsgeber über ein als Deckel ausgebildetes Halteelement im Aufnahmeraum des Tragekörpers gehalten werden kann. Zur technischen Umsetzung des Formschlusses weist der Tragekörper im Aufnahmeraum ein Gegenlager auf, an das der Deckel im Aufnahmeraum gegengelagert werden kann, so dass er vom Rotor aus gesehen axial im Aufnahmeraum gehalten wird und nicht aus ihm Aufnahmeraum herausfällt.
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Das Gegenlager kann beliebig ausgebildet sein. So kann das Gegenlager in Form von männlichen Formschlusselementen, wie Stiften, Zapfen oder ähnlichem ausgebildet sein, die radial in am Deckel ausgebildete weibliche Formschlusselemente wie Nuten, Ausnehmungen oder ähnlichem eingreifen.
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Durch das Gegenlager im Aufnahmeraum kann der Deckel und damit der Positionsgeber in einfacher Weise im Aufnahmeraum befestigt und dauerhaft in diesem gehalten werden.
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In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst der Tragekörper als Gegenlager einen Hinterschnitt, in den der Deckel formschlüssig eingreifen kann. Der Hinterschnitt kann als von einer Wandung des Aufnahmeraumes abragen oder als Nut in die Wandung eingearbeitet sein. Ein derartiger Hinterschnitt lässt sich in besonders vorteilhafter Weise einstückig mit dem Tragekörper ausbilden und so ohne erhöhten Fertigungsaufwand im Tragekörper implementieren.
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In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist der Hinterschnitt wenigstens Teil eines Gewindes. Auf diese Weise kann der Deckel zum Verschließen des Aufnahmeraumes und Halten des Positionsgebers in den Tragekörper eingeschraubt und gegebenenfalls auch wieder aus diesem entfernt werden.
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In einer anderen Weiterbildung umfasst der Aufnahmeraum ein weiteres Gegenlager umfasst, das zum Halten des Deckels gegenüber dem Tragekörper in Umfangsrichtung vorgesehen ist, so dass der Deckel gegenüber dem Tragekörper drehfest lagerbar ist.
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In einer zusätzlichen Weiterbildung umfasst das weitere Gegenlager eine Nut, in die der Deckel formschlüssig eingreifen kann. Eine derartige Nut ist einstückig mit dem Tragekörper ausbildbar und kann daher ohne größeren Fertigungsaufwand im Tragekörper implementiert werden.
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In einer alternativen Weiterbildung der Erfindung umfasst die angegebene Vorrichtung den Deckel.
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Besonders bevorzugt kann der Deckel dabei in den Aufnahmeraum eingegossen und/oder eingepresst sein. Somit lässt sich bei der Fertigung der angegebenen Vorrichtung in besonders günstiger Weise ein fließfähiges Material in den Aufnahmeraum einfüllen, das dann bei der Herstellung in die oben genannten Gegenlager fließt, oder diese umschließt, und nach der Erhärtung den Formschluss realisiert. Soll der Positionsgeber vom Rotor aus gesehen mit einer bestimmten axialen Spannung im Aufnahmeraum des Tragekörpers gehalten werden, so kann der Positionsgeber beim Einfüllen des fließfähigen Materials in den Aufnahmeraum mit einem vorbestimmten Druck in den Aufnahmeraum hineingedrückt werden, wobei der das fließfähige Material nach dem Erhärten diesen vorbestimmten Druck halten kann.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die angegebene den Positionsgeber.
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Dabei kann der Positionsgeber besonders bevorzugt mit dem Deckel formschlüssig verbunden sein. Ist der Deckel seinerseits formschlüssig mit dem Tragekörper verbunden und somit drehfest mit dem Rotor verbindbar, kann auf diese Weise eine Winkellage des Positionsgebers gegenüber dem Tragekörper und damit gegenüber dem am Tragekörper befestigten Rotor auf Dauer gesichert werden, wodurch eine fehlerhafte Erfassung der Winkellage des Rotors über den Positionsgeber auf Dauer ausgeschlossen werden kann.
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In einer anderen Weiterbildung umfasst der Aufnahmeraum auf der der Einschuböffnung gegenüberliegenden Seite eine Lageröffnung zum Einschub des Rotors, so dass die angegebene Vorrichtung in einfacher Weise am Rotor befestigt werden kann.
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Besonders bevorzugt kann in diese Lageröffnung ein Entlüftungselement führen, um insbesondere dann ein Entweichen von Luft aus der Lageröffnung zu ermöglichen, wenn der Aufnahmeraum mit einem fließfähigen Material ausgegossen ist, um den Deckel zu realisieren, so dass in der Lageröffnung nicht unnötigerweise Luft komprimiert wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Elektromotor vorgesehen, der einen durch ein Erregerfeld drehbaren Rotor mit einem Positionsgeber zum Anzeigen einer Winkellage des Rotor und eine angegebene Vorrichtung umfasst, wobei der Positionsgeber im Aufnahmeraum der Vorrichtung angeordnet ist.
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Der angegebene Elektromotor kann in jeder beliebigen Anwendung zum Einsatz kommen. Besonders vorteilhaft lässt sich der angegebene Elektromotor aufgrund seiner kostengünstigen Produktionsmöglichkeit in der Fahrzeugtechnik und dabei besonders günstig bei Motorraumaktuatoren einsetzen, die auch unter dem Namen Engine Compartment Actuator, ECA genannt, bekannt sind. Derartige Motorraumaktuatoren umfassen beispielsweise Lenkmotoren, Bremskraftverstärker, Motorraumsteller, Radnabenmotoren, Wischerantriebe, Zentralantriebe, mobile Arbeitsmaschinen, Servoantriebe und Fahrradantriebe.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung vorgesehen, in der ein Positionsgeber für einen Rotor eines Elektromotor gehalten ist, der zum Anzeigen einer Winkellage des Rotor vorgesehen ist. Das angegebene Verfahren umfasst die Schritte, Ausbilden eines axial zum Rotor anordbaren Tragekörpers mit einem axial ausgerichteten Aufnahmeraum, in den der Positionsgeber über eine Einschuböffnung axial einschiebbar ist und mit einem Gegenlager zum axialen Halten eines den Aufnahmeraum wenigstens teilweise verschließenden Deckels, Einsetzen des Positionsgebers in den Aufnahmeraum und Ausgießen des Aufnahmeraums mit dem eingesetzten Positionsgeber und des Gegenlagers mit einer den Deckel bildenden Ausgussmasse.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Rotors für einen Elektromotor;
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2 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung mit einem Positionsgebermagneten in einem ersten Produktionszustand;
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3 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung mit dem Positionsgebermagneten in einem zweiten Produktionszustand;
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4 perspektivische Ansichten verschiedener Deckel für die Vorrichtung aus 2 und 3;
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5 eine Explosionsansicht der Vorrichtung aus 2 und 3; und
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6 eine Explosionsansicht einer alternativen Vorrichtung.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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In den Figuren werden Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
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Es wird auf 1 Bezug genommen, die eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Rotors 2 für einen nicht weiter dargestellten Elektromotor zeigt.
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Der Rotor 2 umfasst eine Welle 4 mit einem ersten axialen Ende 6 und einem zweiten axialen Ende 8. Am ersten axialen Ende 6 ist ein mechanischer Effektor 10 angebracht, der eine bestimmte mechanische Aufgabe erfüllt. In der vorliegenden Ausführung ist am ersten axialen Ende 6 als mechanischer Effektor 10 beispielhaft ein Schaufelrad gezeichnet, mit beispielsweise Fluide in einem Rohr bewegt werden können.
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Vom ersten axialen Ende 6 aus gesehen ist auf der Welle 4 nach dem mechanischen Effektor 10 drehfest eine Antriebsmagneteinheit 12 befestigt, die einen an sich bekannten Eisenkern 14 umfasst, auf dessen Umfang Dauermagnete 16 angeordnet sind, die ein nicht weiter dargestelltes magnetisches Querfeld ausbilden. Das magnetische Querfeld kann in an sich bekannter Weise mit einem nicht weiter dargestellten magnetischen Erregerfeld zum Antrieb des Elektromotors und damit des mechanischen Effektors 10 wechselwirken. Von den Dauermagneten 16 sind in 1 der Übersichtlichkeit halber nur einige mit einem Bezugszeichen versehen.
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Zwischen der Antriebsmagneteinheit 12 und dem zweiten axialen Ende 8 der Welle 4 ist drehfest mit der Welle 4 ein Lagerungselement 18 befestigt, über das die Welle 4 in einem nicht weiter dargestellten Gehäuse drehbar gelagert werden kann. Das Lagerelement 18 kann beispielsweise ein Kugellager sein.
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Am zweiten axialen Ende 8 der Welle 4 ist eine Vorrichtung 20 drehfest befestigt. Diese Vorrichtung 20 umfasst einen Tragekörper 22, in dem ein als Dauermagnet ausgebildeter Positionsgeber 24 gehalten ist. Im Folgenden wird dieser als Positionsgebermagnet 24 bezeichnet. Durch den Positionsgebermagneten 24 wird ein nicht weiter dargestelltes magnetisches Messfeld erregt, das im Elektromotor von einem nicht weiter dargestellten Sensor, wie einem Hall-Sensor erfasst werden kann, um die die Winkellage der Welle 4 und der auf ihr drehfest befestigten Komponenten zu bestimmen. Diese Winkellage kann beispielsweise zur Positionsregelung bei Servomotoren herangezogen werden. Alternativ kann die Winkellage aber auch zur elektrischen Kommutierung herangezogen werden, um in den Elektromotor einen geeigneten Antriebsstrom einzuspeisen, der das elektrische Erregerfeld in einer dem Fachmann bekannten Weise so ausbildet, dass es in einem möglichst rechten Winkel zum magnetischen Querfeld steht.
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Der Positionsgebermagnet 24 kann in einer an sich bekannten Weise durch Sintern hergestellt werden. Er wird im Tragekörper 22 durch einen in den 2 bis 6 gezeigten Deckel 26 gehalten, der einen Aufnahmeraum 28 im Tragekörper 22, in dem der Positionsgebermagnet 24 gehalten ist, verschließt. Auf diese Weise wird der Positionsgebermagnet 24 auf der Welle 4 gehalten und braucht nicht durch andere, den Sinterverbund des Positionsgebermagneten 24 mechanisch belastende Verbindungen, wie eine Presspassung, oder mechanisch weniger stabile Verbindungen, wie eine Klebeverbindung auf der Welle befestigt werden.
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Es wird auf 2 Bezug genommen, die eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung 20 mit dem Positionsgebermagneten 24 in einem ersten Produktionszustand zeigt.
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Im ersten Produktionszustand ist der Tragekörper 22 mit dem Aufnahmeraum 28 bereits durch Gießen, Sintern, Fräßen oder jedes andere beliebige Formgebungsverfahren hergestellt. Bei diesem Formgebungsverfahren wurden an der Innenseite des Aufnahmeraums axiale Formschlusselemente 30 und radiale Formschlusselemente 32 ausgebildet, auf die an späterer Stelle noch näher eingegangen wird. Von den axialen Formschlusselementen 30 und radialen Formschlusselementen 32 sind in 2 nur einige mit einem Bezugszeichen versehen. In dem Aufnahmeraum 28 Positionsgebermagnet 24 bereits eingesetzt.
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Ausgehend vom ersten Produktionszustand wird der den Positionsgebermagneten 24 aufnehmende Aufnahmeraum 28 mit dem Deckel 26 verschlossen. Dazu wird der Deckel 26 in einer in 2 dargestellten Pfeilrichtung 31 in den Aufnahmeraum 28 mit dem Positionsgebermagneten 24 eingesetzt. Der eigentliche Deckel 26 wird dann durch Schmelzvorgang gebildet. Als Ausgangsmaterial für den Deckel 26 kann dabei beispielsweise aus einer schmelzbare Vergussmasse gewählt werden. Besonders bevorzugt könnte der Deckel 26 vor seinem Einbau in die Vorrichtung 20 eine Form aufweisen, mit der er sich in den Aufnahmeraum 28 mit dem Positionsgebermagneten 24 einführen lässt. Beispielhafte Formen für den Deckel 26 vor dem Einbau in Vorrichtung 20 sind in 4 dargestellt. In den Aufnahmeraum 28 eingeführt, könnte der Deckel 26 dann verflüssigt. Dies kann durch jeden beliebigen Verflüssigungsvorgang wie Ultraschallverstemmen oder Prägen erfolgen.
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Der Deckel 26 muss jedoch vor dem Einbau nicht zwangsläufig in einer bestimmten Form ausgebildet sein, sondern kann auch als bereits verflüssigtes Material aus einer Düse direkt in den Aufnahmeraum 28 mit dem Positionsgebermagneten 24 eingelassen oder gegossen werden.
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Der verflüssigte Deckel 26 verteilt sich anschließend im Aufnahmeraum 28 und füllt dabei insbesondere die axialen Formschlusselemente 30 und radialen Formschlusselemente 32.
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Nachdem sich der verflüssigte Deckel 26 im Aufnahmeraum 28 verteilt hat wird dieser ausgehärtet. Die in die axialen Formschlusselemente 30 und radialen Formschlusselemente 32 eingelaufenen Teile des Deckels 26 bilden nach dem aushärten einen Formschluss mit dem Tragekörper 22 und verhindern so, dass der Deckel 26 aus dem Aufnahmeraum 28 herausfällt.
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Wie in 2 gezeigt, kann der Deckel 26 vor seinem Einbau in die Vorrichtung 20 eine Durchtrittsöffnung 34 aufweisen, durch die ein nicht weiter dargestelltes Andruckwerkzeug greifen kann, das den Positionsgebermagneten 24 beim Aushärten des verflüssigten Deckels 26 in den Aufnahmeraum 28 drückt. In der Folge kann der Deckel 26 den Positionsgebermagneten 24 nach dem Aushärten fest im Aufnahmeraum 28 halten.
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Es wird auf 3 Bezug genommen, die eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung 20 mit dem Positionsgebermagneten 24 in einem zweiten Produktionszustand zeigt.
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Im zweiten Produktionszustand ist der in den Aufnahmeraum 28 eingelassene, eingegossene oder der im Aufnahmeraum 28 zuvor verflüssigte Deckel 26 ausgehärtet.
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In 3 ist dabei nicht zu sehen, dass die axialen Formschlusselemente 30 in diesem ausgehärteten Zustand des Deckels 26 ein Gegenlager ausbilden, das den Deckel 26 axial im Aufnahmeraum 28 hält, so dass der Deckel 26 nicht aus dem Aufnahmeraum 28 herausfällt. Demgegenüber bilden die radialen Formschlusselemente 32, wie in 3 zu sehen ist, für den Deckel 26 ein weiteres Gegenlager, das den Deckel 26 drehfest im Aufnahmeraum 28 hält, so dass sich der Deckel 26 gegenüber dem Tragekörper 22 nicht verdreht. Die Formschlusselemente 30, 32 können beliebig ausgebildet sein. Auf mögliche Ausführungsmöglichkeiten der Formschlusselemente 30, 32 wird an späterer Stelle näher eingegangen.
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Es wird auf 4 Bezug genommen, die perspektivische Ansichten verschiedener Formen für Deckel 26 vor dem Einbau in die Vorrichtung 20 aus 2 und 3 zeigt.
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Der Deckel 26 könnte wie in 3 gezeigt als Ring der als Platte ausgeführt sein. Ist der Deckel 26 als Ring ausgeführt, so weist einer die Durchtrittsöffnung 34 auf, durch die der Positionsgebermagnet 24 beim der Aushärtung des Deckels 26 in den Aufnahmeraum 28 gedrückt werden kann. Der Ring kann dabei in seinem rechteckig ausgebildet sein oder eine Schnurausführung aufweisen.
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Es wird auf 5 Bezug genommen, die eine Explosionsansicht der Vorrichtung 20 aus 2 und 3 zeigt.
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Wie aus 5 ersichtlich, weist der Tragekörper 22 eine axial in den Aufnahmeraum 28 führende Bohrung auf, die als Lageröffnung 36 die Welle 4 eingeschoben werden kann. Der Tragekörper 22 und die Welle 4 können über die Lageröffnung 36 drehfest verbunden werden. Die Verbindung kann in jeder beliebigen Weise beispielsweise per Presspassung, Schweißen oder Verkleben erfolgen. Die axialen Formschlusselemente 30 sind in der vorliegenden Ausführung als kreisrund an der Innenseite des Aufnahmeraumes 28 verlaufende Nuten ausgebildet, wodurch die axialen Formschlusselemente 30 axiale Hinterschnitte bilden, an dem der Deckel 26 axial gegengelagert werden kann. In entsprechender Weise sind die radialen Formschlusselemente 32 als axial verlaufende Nuten ausgebildet, die dem Deckel in Umfangsrichtung gerichtete Hinterschnitte ausbilden, an denen der Deckel 26 in Umfangsrichtung gegengelagert werden kann.
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Der Deckel 36 weist an seinem Umfang entsprechende in Umfangsrichtung verlaufende Vorsprünge 38, die in die axialen Formschlusselemente 30 eingreifen können und axial verlaufende Vorsprünge 40 auf, die in die radialen Formschlusselemente 32 eingreifen können. Diese Vorsprünge 38, 40 werden erst nach dem Erhitzen des Deckels 36 und dem anschließenden Verfließen des Materials des Deckels 26 im Aufnahmeraum 28 ausgebildet.
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In der vorliegenden Ausführung weist auch der Positionsgebermagnet 24 an seinem Außenumfang Formschlusselemente 42 auf, über die der Positionsgebermagnet 24 beim Verfließen des Materials des Deckels 26 im Aufnahmeraum 28 mit dem Deckel 26 formschlüssig derart verbunden werden kann, dass sich der Positionsgebermagnet 24 nach dem Verfließen und Erhärten des Materials des Deckels 26 gegenüber dem Deckel nicht mehr verdrehen kann. Da sich auch der Deckel 26 nicht gegenüber dem drehfest an der Welle 4 befestigbaren Tragekörper 22 verdrehen kann, ist der Positionsgebermagnet 24 auf diese Weise dauerhaft drehfest mit der Welle 4 verbunden.
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Es wird auf 6 Bezug genommen, die eine Explosionsansicht einer alternativen Vorrichtung 20 zeigt.
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Die alternative Vorrichtung 20 ist im Wesentlichen gleich zur Vorrichtung 20 der 5 aufgebaut.
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Jedoch sind die axialen und radialen Formschlusselemente 30, 32 im Aufnahmeraum 28 zu einem einzigen wendelförmig oder schraubenförmig verlaufenden Formschlusselement 44 zusammengefasst. Entsprechend dem wendelförmig oder schraubenförmig verlaufenden Formschlusselement 44 bildet sich beim Verfließen und Erhärten des Materials des Deckels 26 am Deckel 26 ein wendelförmig oder schraubenförmig verlaufender Vorsprung 46 aus, der formschlüssig in das wendelförmig oder schraubenförmig verlaufende Formschlusselement 44 eingreift. Die wendelförmig oder schraubenförmig verlaufende Struktur erlaubt es, den Deckel 26 aus dem Tragekörper 22 herauszuschrauben, um beispielsweise den Positionsgebermagneten auszutauschen.
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In der vorliegenden Ausführung ist an der Wand der Lageröffnung 36 eine Nut 48 ausgebildet. Wird die Welle 4 nachdem Verschließen des Aufnahmeraumes 28 mit dem Deckel 26 in der oben genannten Weise in die Lageröffnung 36 eingeschoben, so kann es passieren, dass in der Lageröffnung aufgenommene Luft nicht entweichen kann, und so von der Welle 4 komprimiert wird. Die Nut 48 stellt so die Entlüftung der Lageröffnung 36 und des Aufnahmeraumes 28 sicher. Diese Entlüftungsnut 48 kann auch in der Vorrichtung 20 nach den 1 bis 5 eingebaut werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009002907 A1 [0002]
