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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere einen Stellmotor eines elektrischen Nockenwellenverstellers, der ein zweiteiliges Gehäuse aufweist, wobei ein erstes Gehäuseteil topfförmig ausgebildet ist und aus Metall besteht und ein zweites Gehäuseteil aus Kunststoff besteht, wobei in dem zweiten Gehäuseteil ein Statorblechpaket integriert ist. Das Statorblechpaket weist eine Vielzahl an Statorzähnen auf und ist in einem Fügebereich des ersten Gehäuseteils eingefügt.
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Im Stand der Technik werden die Elektromotoren häufig mit einem zweiteiligen Gehäuse ausgeführt. In der
DE 10 2013 212 930 A1 wird ein Elektromotor offenbart, dessen Gehäuse aus einem ersten, topfförmigen Gehäuseteil aus Metall und einem durch Verstemmungen verbundenen zweiten Gehäuseteil aus Kunststoff zusammengesetzt ist.
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Des Weiteren sind neben der Verstemmung beider Gehäuseteile auch die üblichen Verbindungsmöglichkeiten wie zum Beispiel Verschrauben oder Verkleben bekannt. Hierfür ist jedoch jeweils ein zusätzlicher Arbeitsschritt bei der Montage des Elektromotors notwendig.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, eine gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelte Verbindungsmöglichkeit anzugeben, bei der die Verbindung zwischen einem ersten Gehäuseteil aus Metall und einem zweiten Gehäuseteil mit integriertem Statorblechpaket hinsichtlich Fertigungs- und Montageaspekte günstiger ist.
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Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird der in Anspruch 1 angegebene Elektromotor vorgeschlagen. Optionale vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich ganz oder teilweise aus den abhängigen Ansprüchen.
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Der erfindungsgemäße Elektromotor, insbesondere eines Stellmotors eines elektrischen Nockenwellenverstellers, zeichnet sich dadurch aus, dass am Außendurchmesser des Statorblechpakets Erhöhungen angeordnet sind, wobei die Erhöhungen ein Übermaß zum Fügebereich des ersten Gehäuseteils darstellen und somit das erste Gehäuseteil mit dem Statorblechpaket mittels einer partiellen Presspassung verbunden ist. Das Statorblechpaket ist mittels der am Außendurchmesser angeordneten Erhöhungen segmentiert. Diese Segmente oder einzelnen Erhöhungen stellen das Übermaß zum Fügebereich des ersten Gehäuseteils dar, in dem das Statorblechpaket eingefügt ist. Durch das Übermaß der Segmente oder Erhöhungen entsteht bei der Montage nur im Bereich der Segmente oder Erhöhungen eine Presspassung. Diese Presspassung ist als eine sogenannte partielle Presspassung zu verstehen. Dadurch wird ein einfacher Einpressvorgang mit moderaten Kräften erreicht.
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Erfindungsgemäß ist mindestens eine Erhöhung zwischen zwei benachbarten Statorzähnen angeordnet. Vorzugsweise sind die Erhöhungen mittig zwischen zwei Statorzähnen angeordnet. Das bedeutet, dass eine Erhöhung oder eine Anordnung aus mehreren Erhöhungen zwischen den benachbarten Statorzähnen angeordnet sein kann und die Erhöhung oder die Anordnung aus mehreren Erhöhungen mittig zwischen den beiden benachbarten Statorzähnen angeordnet ist. Dadurch, dass die Erhöhungen immer zwischen den Statorzähnen angeordnet sind, bleiben die Statorzähne selbst während des Pressverfahrens unbelastet, wodurch eine Verformung der Statorzähne minimiert wird. Des Weiteren wird dadurch erreicht, dass sich der Innendurchmesser des Statorblechpakets nicht oder nahezu nicht verformt. Durch die mittige Anordnung der Erhöhungen wird die Luftspaltbreite des Motors nicht beeinflusst.
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Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform stellt der Elektromotor dar, wenn eine oder mehrere zwischen zwei Statorzähnen angeordnete Erhöhungen in Summe eine Bogenlänge aufweisen, die mindestens ein Fünftel der Statorzahnbreite und maximal die gesamte Bogenlänge zwischen den zwei benachbarten Statorzähnen beträgt. Das Statorblechpaket ist als geschlossener Ring ausgebildet, der die einzelnen Statorzähne miteinander verbindet. Ein Statorzahn besteht aus einem Zahnspitzenabschnitt und einem Zahnkörperabschnitt. Die Zahnspitzenabschnitte sind umlaufend radial nach innen ausgerichtet, wobei sich der Zahnspitzenabschnitt nach innen verbreitert, so dass das Ende des Zahnspitzenabschnitts breiter ist als der dazugehörige Zahnkörperabschnitt. Als Statorzahnbreite wird die Breite des Zahnkörperabschnitts in Umfangsrichtung verstanden. Das bedeutet, die Breite bezieht sich auf den Abschnitt des Statorzahns, der vom Innendurchmesser am weitesten entfernt ist. Vorzugsweise liegt die Summe der Bogenlängen der zwischen zwei benachbarten Statorzähnen angeordneten Erhöhungen in einem Bereich von ein Drittel bis zwei Drittel, insbesondere von ein Drittel bis ein halb, der Statorzahnbreite.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Erhöhungen in radialer Richtung eine Höhe aufweisen, die zwischen 0,1 % und 2 % des Außendurchmessers des Statorblechpakets liegt. Der Außendurchmesser ist der Durchmesser, auf dem die Erhöhungen angeordnet sind. Das bedeutet, dass der Außendurchmesser nicht die Erhöhungen umfasst.
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Des Weiteren ist es zweckmäßig, wenn das erste Gehäuseteil einen umlaufenden Absatz oder mindestens zwei angeprägte Anschlagnasen aufweist, die als Anschlag für das eingefügt Statorblechpaket vorgesehen sind. Die Anschlagnasen sind am Innendurchmesser des ersten Gehäuseteils angeordnet.
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Außerdem sind vorzugsweise in dem ersten Gehäuseteil ein Vorzentrierungsbereich und ein Fügebereich für das Statorblechpaket vorgesehen, wobei beide Bereiche unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Der Durchmesser entspricht dem Innendurchmesser des ersten Gehäuseteils und ist im Vorzentrierungsbereich größer als im Fügebereich. An den Vorzentrierungsbereich schließt sich ein Zentrierungsbereich an, an dem sich wiederum der Fügebereich anschließt. In dem Zentrierungsbereich wird der Durchmesser vom Fügebereich zum Vorzentrierungsbereich aufgeweitet. Durch die Durchmesseraufweitung im Zentrierungsbereich, das heißt vom Fügebereich zum Vorzentrierungsbereich, wird eine Zentriererleichterung des Statorblechpakets während des Einfügens in das erste Gehäuseteil erreicht.
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Das erste Gehäuseteil kann entweder einteilig oder zweiteilig ausgebildet sein. Eine erfindungsgemäße Ausführungsform stellt der Elektromotor dar, wenn das erste Gehäuseteil zweiteilig ausgebildet ist und aus einem Topfgehäuse und einem Flansch gebildet ist, die miteinander verpresst und/oder durch Prägung verbunden sind. Beispiele für Prägungen sind Prägepunkte oder linienförmige Prägebereiche. Das erste Gehäuseteil kann auch einteilig ausgebildet sein, wobei ein Flansch an einem Topfgehäuse angeformt ist.
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Außerdem sind zwei unterschiedliche Ausgestaltungen der Erhöhungen möglich. Zum einen ist es zweckmäßig, wenn auf dem Außendurchmesser des Statorblechpakets gestufte Erhöhungen angeordnet sind. Zum anderen könnte es jedoch vorteilhaft sein, wenn die Erhöhungen stufenfrei ausgebildet sind. Das bedeutet, dass ein stufenfreier Übergang zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Erhöhungen vorhanden ist.
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Unter stufenfrei wird jede Art von fließendem Übergang verstanden. Das Statorblechpaket weist zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Erhöhungen jeweils eine Außenumfangsfläche auf. Die Außenumfangsfläche liegt definitionsgemäß auf dem Außendurchmesser des Statorblechpakets. Die zwei benachbarten von einer Außenumfangsfläche getrennten Übergänge schließen an der Außenumfangsfläche an, wobei die Verbindungsstellen im Folgenden als Anschlussstellen bezeichnet werden. Es ist jedoch auch möglich, dass beide Übergänge direkt miteinander verbunden sind und somit das Statorblechpaket eine Polygonform darstellt. Des Weiteren können die Übergänge tangential an der Außenumfangsfläche anliegen. Das bedeutet, dass zwischen Übergang und an der Anschlussstelle eine an der Außenumfangsfläche anliegende Tangente einen Winkel von 0° aufweist. Der Winkel ist bei der stufenfreien ausgebildeten Erhöhung kleiner als 90°. Demnach liegt der Winkel in einem Bereich von 0° bis 90°, vorzugsweise 0° bis 45°. Der Winkel bei einer gestuften Erhöhung hingegen sollte näherungsweise 90° betragen. Bei der stufenfreien Ausgestaltung ist es auch möglich, dass der Übergang als Radius ausgebildet ist. Vorzugsweise beträgt der Radius mindestens das 5-fache der Höhe der Erhöhung. Demzufolge können die Übergänge entweder als ebene oder gekrümmte Fläche ausgebildet sein.
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Das Statorblechpaket wird mittels eines Stanzverfahrens hergestellt und besteht aus einzelnen, axial aufeinander gestapelten Statorbleche, die zum Beispiel mittels Stanzpaketieren miteinander verbunden sind. Die Stanzrichtung am Außendurchmesser des Statorblechpakets ist so gewählt, dass der Stanzeinzug des ersten Statorblechs in Einpressrichtung liegt, so dass eine verrundete Einführfase für die Presspassung entsteht.
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Der ausgeführte Elektromotor kann beispielsweise als Antrieb für einen elektrischen Nockenwellenversteller oder eines Mechanismus zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eingesetzt werden. Der Elektromotor kann auch für andere Stell- und Antriebsfunktionen im Umfeld des Fahrzeugantriebs eingesetzt werden.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale, Merkmalskombinationen und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung sowie aus den Zeichnungen. Diese zeigen in:
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1 eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Elektromotors in Explosionsansicht,
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2 ein zweites Gehäuseteil des Elektromotors mit integriertem Statorblechpaket,
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3 eine beispielhafte Ausführungsform eines Statorblechpakets,
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4 eine beispielhafte Ausführungsform eines ersten Gehäuseteils des Elektromotors mit eingeprägten Anschlagnasen,
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5 das Gehäuseteil aus 4 in Schnittansicht,
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6 den Elektromotor nach 1 in einer Gesamtansicht mit einem Teilschnitt,
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7 eine weitere Ausführungsform eines Statorblechpakets,
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8 einen Ausschnitt des Statorblechpakets aus 7.
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In der 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Elektromotors 1 in Explosionsansicht und in 6 in einer Gesamtansicht mit einem Teilschnitt dargestellt. Der Elektromotor 1, der bevorzugt als bürstenloser, elektronisch kommutierter Elektromotor 1 ausgebildet ist, ist Teil eines nicht weiter dargestellten Nockenwellenverstellers. Der Elektromotor 1 weist ein zweiteiliges Gehäuse auf, nämlich ein erstes Gehäuseteil 2 aus Metall und ein zweites Gehäuseteil 3 aus Kunststoff. In dem zweiten Gehäuseteil 3 ist ein Statorblechpaket 4 integriert, das in dem ersten Gehäuseteil 2 spielfrei eingefügt ist. In jedem Gehäuseteil 2, 3 ist jeweils ein Wälzlager 5 angeordnet, die eine im Gehäuse befindende Welle 6 lagern. Die Welle 6 ragt aus dem ersten Gehäuseteil 2 heraus und ist dort mit einem Antriebselement 7 drehfest verbunden. Das Antriebselement 7 ist mit einer nicht dargestellten Ausgleichskupplung verbunden, die zu einem antreibenden Getriebe gehört. Des Weiteren ist in dem Gehäuse 2, 3 ein Rotor 8, in dem eine Vielzahl von Permanentmagneten 9 eingefügt sind, angeordnet. Der Rotor 8 ist mit der Welle 6 fest verbunden. Das zweite Gehäuseteil 3 aus Kunststoff weist neben dem darin integrierten Statorblechpaket 4 auch Statorwicklungen 10 und mehrere Stecker 11 für die elektrische Kontaktierung auf. Auf der dem Statorblechpaket 4 abgewandten Stirnseite des zweiten Gehäuseteils 3 ist eine Platine 12 angeordnet, die mit einem Deckel 13 verschlossen ist. Auf der Platine 12 befinden sich Magnetfeldsensoren 14, mit denen die Winkelstellung der Welle 6 detektiert wird, sowie ein Temperatursensor 15.
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Eine Abdichtung zwischen dem ersten Gehäuseteil 2 und dem zweiten Gehäuseteil 3 ist durch einen Dichtring 16 realisiert. Des Weiteren ist zum Abdichten des Innenraums des ersten Gehäuseteils 2 ein Radialwellendichtring 17 axial neben einem Wälzlager 5 angeordnet. Ferner ist über eine Formdichtung 18 die Anbindung des ersten Gehäuseteils 2 an eine Umgebungskonstruktion, die hier nicht dargestellt ist, abgedichtet. Die Formdichtung 18 umgibt das erste Gehäuseteil 2 ringförmig.
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In der 2 ist das zweite Gehäuseteil 3 des Elektromotors 1 aus 1 sowie 6 mit dem integrierten Statorblechpaket 4 dargestellt. Eine Ausführungsform des Statorblechpakets 4 ist in der 3 dargestellt. Das Statorblechpaket 4 besteht aus einer Vielzahl zusammengefügter Statorbleche. Ein hierfür häufig angewendetes Verfahren ist das Stanzpaketieren. Das Statorblechpaket 4 ist ringförmig ausgebildet, das heißt es weist einen Innen- Di und einen Außendurchmesser Da auf. Am Außendurchmesser Da sind Erhöhungen 19 angeordnet, die sich in radialer Richtung nach außen hin erstrecken und als Übermaß zwischen dem ersten Gehäuseteil 2 und dem ringförmigen Statorblechpaket 4 ausgebildet sind. Die radiale Höhe h der Erhöhungen 19 beträgt 0,2% des Außendurchmessers Da des Statorblechpakets 4. Außerdem weist das Statorblechpaket 4 eine Vielzahl von umlaufend angeordneten, radial nach innen ausgerichteten Statorzähnen 20 auf. Jeder Statorzahn 20 weist einen Zahnspitzenabschnitt 21 und einen Zahnkörperabschnitt 22 auf. Der Zahnspitzenabschnitt 21 ist wesentlich breiter als der zugehörige Zahnkörperabschnitt 22 und stellt den Innendurchmesser Di des Statorblechpakets 4 dar. Zwischen zwei benachbarten Statorzähnen 20 ist jeweils mittig eine Erhöhung 19 angeordnet. Die Erhöhungen 19 weisen jeweils eine Bogenlänge auf, die der Statorzahnbreite b des Zahnkörperabschnitts 22 entspricht. Des Weiteren sind am Außendurchmesser Da des Statorblechpakets 4 zwei gegenüberliegende in axialer Richtung über die gesamte Länge des Statorblechpakets 4 verlaufende und jeweils mittig eines Statorzahnes 20 sitzende Nuten 23 angeordnet. Die Nuten 23 dienen der Ausrichtung der einzelnen Bleche des Statorblechpakets 4 untereinander bei der Paketierung sowie der Ausrichtung des Statorblechpakets 4 in dem zweiten Gehäuseteil 3 beim Umspritzen. Die Erhöhungen 19 sind gestuft und weisen in Umfangsrichtung beidseitig jeweils einen Übergang 30 auf, der sich zum Außendurchmesser Da hin erstreckt. Die Übergänge 30 sind als ebene Fläche ausgebildet. Zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbart angeordneten Erhöhungen 19 ist eine Außenumfangsfläche 31, die auf dem Außendurchmesser Da des Statorblechpakets 4 liegt, angeordnet.
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In der 4 und 5 ist eine Ausführungsform des ersten Gehäuseteils 2 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Das erste Gehäuseteil 2 ist zweiteilig, aus einem Topfgehäuse 24 und aus einem Flansch 25, gebildet, die miteinander verpresst sind. Das erste Gehäuseteil 2 weist im Inneren außerdem einen Vorzentrierungsbereich 26 und einen Zentrierungsbereich 27 für das Einbringen des Statorblechpakets 4 auf. Der Vorzentrierungsbereich 26 weist im Vergleich zum anschließenden Zentrierungsbereich 27 einen größeren Durchmesser und somit Spiel zum Statorblechpaket 4 auf. Im Anschluss an den Zentrierungsbereich 27 findet zwischen erstes Gehäuseteil 2 und Statorblechpaket 4 die eigentliche Presspassung im Fügebereich 28 statt. Im Anschluss an den Fügebereich 28 sind drei angeprägte Anschlagnasen 29 am Innendurchmesser des ersten Gehäuseteils 2 angeordnet. Die angeprägten Anschlagnasen 29 sind als Anschlag für das eingefügte Statorblechpaket 4 vorgesehen, wie in 6 gezeigt.
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In der 7 wird eine weitere Ausführungsform eines Statorblechpakets 4 aufgezeigt, bei der die Erhöhungen 19 stufenfrei ausgebildet und aus Gründen der Veranschaulichung überhöht gezeichnet sind. In der 8, in der ebenfalls die Erhöhungen überhöht gezeichnet sind, ist ein Teilausschnitt der 7 vergrößert dargestellt. Jeder Übergang 30 verbindet eine Außenumfangsfläche 31 mit einer Erhöhung 19. Die Verbindungsstelle zwischen Übergang 30 und Außenumfangsfläche 31 wird im Folgenden als Anschlussstelle 32 bezeichnet. Zwischen einer an der Anschlussstelle 32 und an der Außenumfangsfläche 31 anliegenden Tangente und eines Übergangs 30 ist ein Winkel α gebildet. Der Winkel α ist in der 7 und 8 kleiner als in der 3, so dass die Erhöhung 19 mit der Außenumfangsfläche 31 mittels einem fließendem Übergang 30 verbunden ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromotor
- 2
- Erstes Gehäuseteil aus Metall
- 3
- Zweites Gehäuseteil aus Kunststoff
- 4
- Statorblechpaket
- 5
- Wälzlager
- 6
- Welle
- 7
- Antriebselement
- 8
- Rotor
- 9
- Permanentmagnet
- 10
- Statorwicklung
- 11
- Stecker
- 12
- Platine
- 13
- Deckel
- 14
- Magnetfeldsensor
- 15
- Temperatursensor
- 16
- Dichtring zwischen erstem und zweitem Gehäuseteil
- 17
- Radialwellendichtring
- 18
- Formdichtung
- 19
- Erhöhung
- 20
- Statorzahn
- 21
- Zahnspitzenabschnitt des Statorzahns
- 22
- Zahnkörperabschnitt des Statorzahns
- 23
- Nut
- 24
- Topfgehäuse
- 25
- Flansch
- 26
- Vorzentrierungsbereich
- 27
- Zentrierungsbereich
- 28
- Fügebereich
- 29
- Anschlagnase
- 30
- Übergang zwischen Erhöhung und Außendurchmesser des Statorblechpakets
- 31
- Außenumfangsfläche
- 32
- Anschlussstelle zwischen Übergang und Außenumfangsfläche
- Di
- Innendurchmesser des Statorblechpakets
- Da
- Außendurchmesser des Statorblechpakets
- b
- Statorzahnbreite
- h
- radiale Höhe der Erhöhung
- α
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013212930 A1 [0002]
