DE102017106788A1

DE102017106788A1 - Elektromotor

Info

Publication number: DE102017106788A1
Application number: DE102017106788.4A
Authority: DE
Inventors: Hong Jian Zhang; Bin Shi; Daniel Gerhard PAHNER
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric International AG
Priority date: 2016-04-05
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2017-10-05
Also published as: US11018547B2; CN107294267B; CN107294267A; US20170288491A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, umfassend einen Rotor (2) mit einer in mindestens einer Lagerbuchse (9) eines Gleitlagers gelagerten Rotorwelle (5), einen Stator (3), der den Rotor (2) umschließt, und mindestens eine ringförmige Lagerscheibe (10), die drehfest mit der Rotorwelle (5) verbunden ist, wobei die Lagerscheibe (10) mit einer Innenkontur (11) die Rotorwelle (5) an deren Umfang umschließt, und wobei zwischen dem Umfang der Rotorwelle (5) und der Innenkontur (11) der Lagerscheibe (10) eine drehfeste Verbindung in Form einer Presspassung besteht, und wobei die Innenkontur (11) der Lagerscheibe durch mindestens zwei Innenmaße (12, 13) definiert ist, wovon mindestens ein Innenmaß (13) kleiner als der Durchmesser der Rotorwelle (5) ist, und wobei die mindestens eine Lagerscheibe (10) im eingepressten Zustand auf der Rotorwelle (5) in axialer Richtung deformiert ist.
der einen Rotor mit einer in mindestens einer Lagerbuchse eines Gleitlagers gelagerte Rotorwelle, einen Stator, der den Rotor umschließt, und mindestens eine ringförmige Lagerscheibe, die relativ zur Rotorwelle drehfest auf der Rotorwelle montiert ist, umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, der einen Rotor mit einer in mindestens einer Lagerbuchse eines Gleitlagers gelagerte Rotorwelle, einen Stator, der den Rotor umschließt, und mindestens eine ringförmige Lagerscheibe, die relativ zur Rotorwelle drehfest auf der Rotorwelle montiert ist, umfasst.
Ein Elektromotor hat im Betrieb ein charakteristisches Motorgeräusch. Ein solches Motorgeräusch tritt beispielsweise bei Klauenpolschrittmotoren auf. Je nach Einbaulage, Ansteuermodus, Temperatur oder Last neigt der Motor zum Rasseln, das heißt der Rotor schwingt axial vor und zurück. Dieses Phänomen ist schon lange bekannt und taucht an Motoren regelmäßig auf. Das Geräusch führt dazu, dass der Motor deutlich lauter sein kann als ein Motor ohne Rasselgeräusch.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Maßnahmen bekannt, die das Ziel haben, Geräusche zu vermeiden beziehungsweise zu reduzieren. Zu diesen Maßnahmen zählen das Anlegen einer Vorspannung mittels einer Axialfeder und die Verwendung von speziellen Materialien mit schwingungsdämpfenden Eigenschaften.
Diese und andere bekannte Lösungen sind allerdings mit erheblichen Nachteilen verbunden. So unterliegen weichere schwingungsdämpfende Materialien, wie zum Beispiel Polyethylen (PE) oder Polytetrafluorethylen (PTFE), einem höheren Verschleiß bei Axiallast und hohen Temperaturen.
Eine Vorspannung mit zusätzlicher Feder führt zu permanentem Schleifgeräusch und erhöht die Anzahl der Bauteile. Eine Dämpfung mit einem Fettpolster ist nicht langzeit- und temperaturstabil.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Motors, in dem das Rasselgeräusch auf kostengünstigem Weg vermieden wird.
Die Aufgabe wird durch einen Elektromotor mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Schutzansprüchen angegeben.
Ein erfindungsgemäßer Elektromotor umfasst:

• einen Rotor mit einer in mindestens einer Lagerbuchse eines Gleitlagers gelagerten Rotorwelle,
• einen Stator, der den Rotor umschließt, und
• mindestens eine ringförmige Lagerscheibe, die drehfest mit der Rotorwelle verbunden ist, wobei die Lagerscheibe mit ihrer Innenkontur die Rotorwelle an deren Umfang umschließt, wobei zwischen dem Umfang der Rotorwelle und der Innenkontur der Lagerscheibe eine drehfeste Verbindung in Form einer Presspassung besteht, und wobei die Innenkontur der Lagerscheibe durch mindestens zwei Innenmaße definiert ist, wovon mindestens ein Innenmaß kleiner als der Durchmesser der Rotorwelle ist.

Ein Innenmaß ist im Rahmen dieser Erfindung definiert als der Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Punkten der die Rotorwelle umgebenden Innenkontur der Lagerscheibe, wobei diese gegenüberliegenden Punkte jeweils entlang einer gedachten, durch den Mittelpunkt der Lagerscheibe verlaufenden Geraden angeordnet sind, oder, im Falle von gegenüberliegenden parallelen Geraden, als deren Abstand.
Gemäß der Konzeption der Erfindung wird die Verbindungsstelle zwischen Lagerscheibe und Rotorwelle als Presspassung ausgelegt. Diese Presspassung kann, muss aber nicht umlaufend um die Welle ausgeführt sein.
Damit wird sichergestellt, dass die Lagerscheibe drehfest zum Rotor ist und gegen das Gleitlager läuft. Vorteilhafterweise ist die Lagerscheibe so ausgeführt, dass sie sich durch das Aufpressen auf die Rotorwelle in axialer Richtung, das heißt in Richtung der Längsachse der Rotorwelle, deformiert, oder bereits vor dem Aufpressen deformiert ist. Die Anlauffläche gegen das Gleitlager wird somit geringer und axiale Stöße des Rotors gegen das Gleitlager werden gedämpft.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein zweites Innenmaß der Innenkontur der Lagerscheibe größer als der Durchmesser der Welle oder gleich dem Durchmesser der Welle.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die Innenkontur der Lagerscheibe durch zwei mit ihrer Innenseite gegenüberliegende Kreisbögen mit gleichem Radius und zwei sich gegenüberliegende parallele Geraden, die die Enden der Kreisbögen miteinander verbinden, gebildet wird. Der Radius der gegenüberliegenden Kreisbögen entspricht vorzugsweise der Hälfte des Durchmessers der Welle oder ist größer, und der Abstand zwischen den gegenüberliegenden parallelen Geraden ist dagegen in dieser Ausführungsform kleiner als der Durchmesser der Rotorwelle.
Die Rotorwelle ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in zwei Lagerbuchsen an zwei gegenüberliegenden Stirnseiten des Elektromotors gelagert, wobei zwei Lagerscheiben derart mit der Rotorwelle verbunden sind, dass sie während des Betriebs des Elektromotors mit ihren in Richtung der Stirnseiten nach außen gerichteten Scheibenflächen die Lagerbuchsen dauerhaft oder temporär kontaktieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Gleitlager ein Sinterlager. Das Material der Lagerscheibe ist vorzugsweise ein Kunststoff.
Unter einer ringförmigen Lagerscheibe ist gemäß der vorliegenden Erfindung nicht zwangsläufig eine Lagerscheibe mit einer runden Außenkontur zu verstehen. So kann die Außenkontur der ringförmigen Lagerscheibe zum Beispiel rund, oval, vier- oder sechseckig ausgebildet sein, während die Innenkontur entsprechend den oben genannten Merkmalen ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Lagerscheibe im Außenumfang eine Kreisscheibe oder weist eine sechseckige Außenkontur auf.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
1: einen Elektromotor in einer Schnittdarstellung und
2: eine detaillierte Ansicht einer Ausführungsform für die Lagerscheibe.
Die 1 zeigt eine Längsschnittdarstellung eines Elektromotors 1 mit einem Rotor 2 und einem Stator 3, welcher den Rotor 2 umschließt. Der Rotor 2 umfasst einen Magneten 4 aus permanentmagnetischem oder weichmagnetischem Material und eine Rotorwelle 5, wobei der Magnet 4 zylindrisch ausgebildet ist und an der Rotorwelle 5 drehfest befestigt und zu dieser koaxial angeordnet ist. Der Stator 3 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet und ebenfalls koaxial zur Rotorwelle 5 angeordnet. Der Stator 3 umfasst dabei mehrere Statorbleche 6 mit Wicklungen, die den zylindrischen Magneten 4 zwecks magnetischer Wechselwirkung mit diesem umgeben. An den Stirnseiten des im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildeten Stators 3 befindet sich jeweils ein Deckel 7, 8. An den Innenseiten der Deckel 7, 8 ist jeweils eine Lagerbuchse 9 eines Gleitlagers, vorzugsweise eines Sinterlagers, mittig platziert und befestigt. Die Rotorwelle 5 ist in den Lagerbuchsen 9 gelagert.
Zwei ringförmige Lagerscheiben 10 sind drehfest mit der Rotorwelle 5 verbunden, wobei jede Lagerscheibe 10 mit ihrer Innenkontur die Rotorwelle 5 an deren Umfang umschließt und dabei an mindestens zwei Stellen kontaktiert. Mit der jeweils nach außen gerichteten Scheibenfläche kontaktieren die Lagerscheiben 10 die jeweils benachbarte Lagerbuchse 9 dauerhaft oder temporär. Die Lagerscheiben 10 befinden sich jeweils im axialen Spalt x1, x2 zwischen dem Magneten und den Lagerbuchsen 9. Der Abstand zwischen den Innenflächen der beiden Lagerbuchsen 9 ist etwas größer als der Abstand zwischen den Außenflächen der beiden Lagerscheiben 10, was ein Spiel des Rotors 2 in axialer Richtung ermöglicht. Zwischen dem Umfang der Rotorwelle 5 und den in 1 nicht gezeigten Innenkonturen der Lagerscheiben 10 bestehen drehfeste Verbindungen in Form von Presspassungen. Damit wird sichergestellt, dass die Lagerscheiben 10 drehfest zum Rotor sind und gegen die Lagerbuchse 9 des jeweils benachbarten Gleitlagers laufen. Die aufgepresste Lagerscheibe 10 ist in axialer Richtung leicht deformiert, was in der 1 nicht explizit dargestellt ist. Diese Deformation hat zur Folge, dass die Anlauffläche gegen die Lagerbuchse 9 des Gleitlagers verringert ist und axiale Stöße des Rotors 2 gegen das Gleitlager gedämpft werden.
Die 2 zeigt eine detaillierte Ansicht einer Ausführungsform für die Lagerscheibe 10. Dabei wird die Innenkontur 11 der Lagerscheibe 10 durch mindestens zwei Innenmaße 12, 13 definiert, wovon mindestens ein Innenmaß 13 kleiner als der Durchmesser der Rotorwelle ist. Das Innenmaß 12, 13 ist im Rahmen dieser Erfindung definiert als der Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Punkten der die Rotorwelle umgebenden Innenkontur 11 der Lagerscheibe 10, wobei diese gegenüberliegenden Punkte jeweils entlang einer gedachten, durch den Mittelpunkt 14 der Lagerscheibe 10 verlaufenden Geraden angeordnet sind. Die Innenkontur 11 der Lagerscheibe 10 wird, wie in 2 gezeigt, durch zwei mit ihrer Innenseite gegenüberliegende Kreisbögen 15, 16 mit gleichem Radius und zwei sich gegenüberliegende parallele Geraden 17, 18, die die Enden der gegenüberliegenden Kreisbögen 15, 16 miteinander verbinden, gebildet. Ein Innenmaß 12 ergibt sich aus dem Abstand der gegenüberliegenden Kreisbögen 15, 16 entlang einer beliebigen gedachten Gerade durch den Mittelpunkt 14. Dieser Abstand als Innenmaß 12 kann größer als der Durchmesser der Rotorwelle oder gleich dem Durchmesser der Rotorwelle sein. Die Innenkontur 11 ist in diesem Ausführungsbeispiel somit teilweise kreisförmig, das heißt als ein durch Abflachungen in Form der Geraden 17, 18 unterbrochener Kreis ausgebildet. Ein zweites Innenmaß 13 ergibt sich durch den Abstand der gegenüberliegenden parallelen Geraden 17, 18 und ist vorzugsweise kleiner als der Durchmesser der Rotorwelle.
Bezugszeichenliste

1: Elektromotor
2: Rotor
3: Stator
4: Magnet
5: Rotorwelle
6: Statorbleche mit Wicklung
7: Deckel
8: Deckel
9: Lagerbuchse
10: Lagerscheibe
11: Innenkontur
12: Innenmaß der Innenkontur 11 der Lagerscheibe 10
13: Innenmaß der Innenkontur 11 der Lagerscheibe 10
14: Mittelpunkt der Lagerscheiben 10
15: kreisförmiger Abschnitt der Innenkontur 11 der Lagerscheibe 10
16: kreisförmiger Abschnitt der Innenkontur 11 der Lagerscheibe 10
17: Gerade (gerader Abschnitt) der Innenkontur 11 der Lagerscheibe 10
18: Gerade (gerader Abschnitt) der Innenkontur 11 der Lagerscheibe 10
x1: axialer Spalt
x2: axialer Spalt

Claims

Elektromotor (1), umfassend • einen Rotor (2) mit einer in mindestens einer Lagerbuchse (9) eines Gleitlagers gelagerten Rotorwelle (5), • einen Stator (3), der den Rotor (2) umschließt, und • mindestens eine ringförmige Lagerscheibe (10), die drehfest mit der Rotorwelle (5) verbunden ist, wobei die Lagerscheibe (10) mit einer Innenkontur (11) die Rotorwelle (5) an deren Umfang umschließt, und wobei zwischen dem Umfang der Rotorwelle (5) und der Innenkontur (11) der Lagerscheibe (10) eine drehfeste Verbindung in Form einer Presspassung besteht, und wobei die Innenkontur (11) der Lagerscheibe durch mindestens zwei Innenmaße (12, 13) definiert ist, wovon mindestens ein Innenmaß (13) kleiner als der Durchmesser der Rotorwelle (5) ist, und wobei die mindestens eine Lagerscheibe (10) im eingepressten Zustand auf der Rotorwelle (5) in axialer Richtung deformiert ist.
Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Innenmaß (12) der Innenkontur (11) der Lagerscheibe (10) größer als der Durchmesser der Rotorwelle (5) oder gleich dem Durchmesser der Rotorwelle (5) ist.
Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkontur (11) der Lagerscheibe (10) durch zwei mit ihrer Innenseite gegenüberliegende Kreisbögen (15, 16) mit gleichem Radius und zwei sich gegenüberliegende parallele Geraden (17, 18), die die Enden der Kreisbögen (15, 16) miteinander verbinden, gebildet wird.
Elektromotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der gegenüberliegenden Kreisbögen (15, 16) der Hälfte des Durchmessers der Rotorwelle (5) entspricht, und der Abstand zwischen den gegenüberliegenden parallelen Geraden (17, 18) kleiner ist als der Durchmesser der Rotorwelle (5).
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (5) in zwei Lagerbuchsen (9) an zwei gegenüberliegenden Stirnseiten des Elektromotors gelagert ist und zwei Lagerscheiben (10) derart mit der Rotorwelle (5) verbunden sind, dass sie während des Betriebes mit ihren in Richtung der Stirnseiten nach außen gerichteten Scheibenflächen die Lagerbuchsen (9) dauerhaft oder temporär kontaktieren.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager ein Sinterlager ist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lagerscheibe (10) im Außenumfang eine Kreisscheibe ist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lagerscheibe (10) eine sechseckige Außenkontur aufweist.