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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Elektromotoren, die als Innenläufer bezeichnet werden, weisen einen Rotor auf, der eine Motorwelle beinhaltet und in einem Gehäuse drehbar gelagert ist. Der Rotor ist mit Permanentmagneten versehen. Um den Motor herum ist ein Stator angeordnet, der auf einem Eisenkern eine Anzahl von Wicklungen trägt. Bei geeigneter Ansteuerung erzeugen die Wicklungen ein Magnetfeld, das den Rotor zur Rotation antreibt. Die Wicklungen werden üblicherweise dreiphasig ausgeführt und werden dementsprechend mit drei elektrischen Anschlüssen versehen, über die die Wicklungen mit einer Steuereinheit (ECU) verbunden werden können. Die Wicklungsenden werden über Stromschienen bzw. Sammelschienen kontaktiert, die in einer Sammelschieneneinheit umspritzt sein können.
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Bei Elektromotoren sind die Baugruppen (Stator und Rotor) zur Erreichung der im Betrieb erforderlichen Randparameter axial auszurichten. Weist der Elektromotor ein tiefgezogenes Motorgehäuse auf, wird die axiale Ausrichtung zur Erleichterung von Montagevorgängen oft durch Absätze oder Vorsprünge an der Innengeometrie des Motorgehäuses vorgegeben. Dazu notwendige radiale Schneid- und/oder Prägevorgänge oder die Ausbildung eines umlaufenden Absatzes sind unerwünscht, da damit einige Nachteile einhergehen. Bei einer radialen Einprägung kommt es zu Einschränkungen bei der erzielbaren Planarität, die u.a. abhängig von der Stärke der Motorgehäusewandung ist, der Dichtigkeit des Motogehäuses und zu einer Beeinflussung der Geometrie des Gehäuses um die Einprägestelle. Zudem sind die Fertigungstoleranzen durch den radialen Einprägevorgang relativ hoch und eine notwendige Bezugsebene oft nicht funktionsgerecht. Bei dem Vorsehen eines umlaufenden Absatzes ist es nachteilig, dass der Bauraum des Gehäuses vergrößert wird und eine ringförmige Fläche geschaffen wird, welche die Erfordernisse übersteigt.
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Elektromotor mit einem Motorgehäuse anzugeben, das einfach zu fertigen ist und eine genaue axiale Ausrichtung der Baugruppen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird von einem Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Zum Zwecke der geometrischen Beschreibung des Elektromotors wird bezüglich der Längsachse eines Motorgehäuses von einer Radialrichtung gesprochen, die den Abstand von der Längsachse angibt, sowie von einer Umfangsrichtung, die tangential zu einem bestimmten in Radialrichtung angeordneten Radius ausgezeichnet ist. Die Richtung der Längsachse wird auch Axialrichtung genannt.
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Es ist ein Elektromotor mit einem tiefgezogenen Motorgehäuse aufweisend einen Boden und eine dem Boden gegenüberliegende Öffnung an die sich ein Flansch anschließt, vorgesehen, wobei der Flansch an die Öffnung anschließend wenigstens eine in Axialrichtung eingebrachte partielle Ausformung mit einer Auflagefläche für eine Komponente des Elektromotors aufweist. Die Auflagefläche ist in Axialrichtung zu einer im Tiefziehprozess im Boden des Motorgehäuses ausgebildeten Fläche in ihrer axialen Lage kalibriert. In Radialrichtung ist die Auflagefläche mittels der Öffnung als Bezugsfläche in ihrer radialen Lage kalibriert. Die wenigstens eine Auflagefläche kann durch einfache Herstellung in ihrer Lage definiert werden, so dass eine darauf aufliegende Motorkomponente ausgerichtet ist, was den Montageprozess des Elektromotors vereinfacht. Kritische, radiale Umformungen des tiefgezogenen Motorgehäuses oder ein umlaufender Absatz können somit vermieden werden.
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Vorzugsweise erfolgt die wenigstens eine partielle Ausformung mittels Prägen des Flansches.
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Bevorzugt ist die Lage der Auflagefläche mittels eines Prägeprozesses kalibriert.
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Vorzugsweise ist die Fläche im Boden des Motorgehäuses eine Lagerauflagefläche eines Rotorlagers, die funktionsgerecht ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Komponente des Elektromotors eine Sammelschieneneinheit. Die Lage der Sammelschieneneinheit ist dadurch klar definiert und zusätzliche Befestigungsmöglichkeiten im Motorgehäuse müssen nicht geschaffen werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Flansch im Querschnitt im Wesentlichen vieleckig ist, wobei den Flanschecken jeweils ein Anschraubpunkt zugeordnet ist und eine jede Flanschecke jeweils zwei Ausformungen aufweist, die jeweils eine Auflagefläche haben und die jeweils eine Biegekante des Motorgehäuses zwischen Anschraubpunkt und Öffnung ausbilden. Die Ausformungen verlagern die Biegekante von der Öffnung weg zu den Anschraubpunkten hin, so dass der Flansch mechanisch deutlich stabiler wird.
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Bei dem Vorhandensein von mehreren Auflageflächen liegen diese bevorzugt planparallel in einer gemeinsamen Ebene.
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Vorzugsweise nimmt jede Ausformung im Querschnitt etwa die Form eines rechtwinkligen Dreiecks an, wobei die dem rechten Winkel gegenüberliegende Seite durch die Öffnung des Motorgehäuses gebildet ist und die anderen beiden Seiten sich parallel zu den Außenseiten des Flansches erstrecken. Vorzugsweise sind die beiden Ausformungen einer Flanschecke zueinander beabstandet und weisen eine Spiegelsymmetrie zu einer Symmetrieachse auf, die durch den Anschraubpunkt und die Längsachse des Motorgehäuses verläuft. Dabei schließt bevorzugt eine rechteckige Einhüllende der beiden Ausformungen einer Flanschecke den entsprechenden Anschraubpunkt ein, wobei der Anschraubpunkt in einer in Radialrichtung äußersten Ecke der Einhüllenden liegend angeordnet ist. Vorzugsweise schließen die Außenseiten des Flansches im Bereich des Anschraubpunktes sowie die dem Anschraubpunkt naheliegenden Seiten der Ausformungen mit ihren Verlängerungen ein gedachtes Quadrat ein, in dessen Mitte der Anschraubpunkt angeordnet ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das gedachte Quadrat einen ebenen Bereich definiert, dessen Größe an den Durchmesser eines für den Anschraubpunkt vorgesehenen Befestigungsmittels angepasst ist. Dabei definiert bevorzugt das gedachte Quadrat einen ebenen Bereich, dessen Größe an den Durchmesser eines für den Anschraubpunkt vorgesehenen Befestigungsmittels angepasst ist.
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Bevorzugt sind die sich an die Öffnung anschließenden Auflageflächen etwa halbkreisförmig ausgebildet. Die Sammelschieneneinheit kann korrespondierende Ausbuchtungen aufweisen, die auf den außerhalb der Zylindergeometrie liegenden Auflageflächen aufliegen.
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Vorzugsweise ist der Elektromotor ein Innenläufer, dessen Rotor mit Magneten versehen ist und der von einem Stator umgeben ist, der auf einem Eisenkern eine Anzahl von Wicklungen trägt, wobei die Wicklungsenden über die Sammelschieneneinheit elektrisch kontaktiert sind.
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Weiterhin ist ein Verfahren zur Bearbeitung eines tiefgezogenen Motorgehäuses eines Elektromotors vorgesehen, wobei das Tiefziehteil des Motorgehäuses einen Boden und eine dem Boden gegenüberliegende Öffnung aufweist, an die sich ein Flansch anschließt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
- a) Umformen des Flansches in Axialrichtung in wenigstens einem an die Öffnung anschließenden Bereich zur Ausbildung wenigstens einer partiellen Ausformung,
- b) Im Bereich der wenigstens einen Ausformung Ausbilden einer Auflagefläche, wobei beim Ausbilden die axiale Lage der Auflagefläche relativ zu einer im Tiefziehprozess im Boden des Motorgehäuses ausgebildeten Fläche und die radiale Lage der Auflagefläche relativ zur Öffnung kalibriert wird.
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Es ergeben sich die oben genannten Vorteile. Vorzugsweise erfolgt im Schritt a) das Umformen und in Schritt b) das Ausbilden jeweils mittels eines Prägeprozesses. Je nach Verformungsgrad können die Auflagefläche(n) in einem oder mehreren Verformungsstufen hergestellt werden. Der Umformprozess beinhaltet einen finalen Kalibrierprozess, der die entsprechende Genauigkeit der Referenzflächen in einem Prägevorgang gewährleistet.
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Das Motorgehäuse kann im Detail, wie oben beschrieben, ausgebildet sein. Es ist bevorzugt Teil eines Innenläufers. Die Kalibrierfläche ist bevorzugt die Lagerauflagefläche eines Rotorlagers. Die Auflageflächen sind bevorzugt zur Auflage einer Sammelschieneneinheit vorgesehen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleichartige oder gleichwirkende Bauteile werden in den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen:
- 1: eine räumliche Ansicht von unten auf ein Motorgehäuse eines Elektromotors,
- 2: eine schematische Darstellung einer Ecke des Motorgehäuses der 1 in Draufsicht von oben,
- 3: eine perspektivische Darstellung von oben eines Eckbereichs des Motorgehäuses der 1 mit in das Motorgehäuse eingesetzter Sammelschieneneinheit,
- 4: eine perspektivische Darstellung des Eckbereichs der 1 ohne Sammelschieneneinheit, sowie
- 5: einen Längsschnitt durch eine Hälfte des Motorgehäuses.
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In der 1 ist ein tiefgezogenes Motorgehäuse 1 eines Elektromotors dargestellt. Das Motorgehäuse 1 ist ein topfförmiger Körper mit einer im Wesentlichen zylindrischen Mantelfläche 2, einem Boden 3 und einer den Boden 3 gegenüberliegenden Öffnung. Die Öffnung ist umfangseitig von einem Flansch 5 umgeben. Der Flansch 5 weist eine im Wesentlichen rechteckige Grundfläche mit vier Flanschecken 6 auf, wovon lediglich drei in der Figur zu sehen sind. In jeder dieser gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilten Flanschecken 6 ist eine durchsetzende Bohrung 7 als Anschraubpunkt 8 vorgesehen. Der Flansch 5 weist zudem im Bereich der Flanschecken 6 sich nach unten, in Richtung des Bodens 3 erstreckende Ausprägungen 9,10 auf. Jeder Flanschecke 6 sind zwei Ausformungen 9,10 zugeordnet, die im dargestellten Fall Ausprägungen sind und die spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieachse 100 angeordnet sind, die die Mittelachse bzw. Längsachse des Motorgehäuses 200 und die Mittelachse des entsprechenden Anschraubpunktes 300 senkrecht dazu verbindet. Die beiden Ausprägungen 9,10 einer Flanschecke sind in Umfangsrichtung zueinander beabstandet.
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Wie der 2 im Detail zu entnehmen ist, weist eine jeweilige Ausprägung 9,10 im Querschnitt zwei begrenzende Seiten 11,12 auf, die einen rechten Winkel einschließen. Die beiden Seiten 11,12 erstrecken sich parallel zu den Außenseiten des Flansches 5. Die Ausprägungen 9,10 schließen sich in Radialrichtung nach innen an die Öffnung 4 an. Eine jede Ausprägung 9,10 nimmt im Querschnitt etwa die Form eines Dreiecks an, wobei die dem rechten Winkel gegenüberliegende Seite durch die Öffnung des Motorgehäuses 4 gebildet ist. Eine rechteckige Einhüllende der beiden Ausprägungen einer Flanschecke 9,10 schließt den entsprechenden Anschraubpunkt 8 ein, wobei der Anschraubpunkt 8 in der in Radialrichtung äußersten Ecke der Einhüllenden liegend angeordnet ist. Die Außenseiten des Flansches im Bereich des Anschraubpunktes sowie die dem Anschraubpunkt naheliegenden Seiten der Ausprägungen bilden mit ihren Verlängerungen ein gedachtes Quadrat 13 aus, in dessen Mitte der Anschraubpunkt angeordnet ist. Die sonst herkömmliche zylindrische Geometrie an den Anschraubpunkten ist aufgehoben. Das gedachte Quadrat 13 definiert einen ebenen Bereich, dessen Größe an den Durchmesser des Schraubenkopfes, der durch die durchsetzende Bohrung greift bzw. dessen Unterlegscheibe angepasst ist, wobei der Bereich möglichst weit umlaufend direkt an die Öffnung des Motorgehäuses angebunden ist.
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Eine direkte Verbindung der rechten Winkel der Ausprägungen einer Flanschecke 14 ist parallel zu einer Tangente der Öffnung 3 auf Höhe der Symmetrieachse 100 ausgerichtet und liegt in Radialrichtung zwischen dem Anschraubpunkt 8 und der Öffnung 3.
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Wie in 3 dargestellt, dienen die Ausprägungen 9,10 als axiale Auflageflächen für eine Sammelschieneneinheit 15 des Elektromotors. In die Ausprägungen 9,10 werden durch einen zusätzlichen Umformprozess Auflageflächen 16 ausgebildet (siehe 4). Bevorzugt handelt es sich bei dem Umformprozess um einen Prägeprozess. Die Auflageflächen 16 sind plan ausgebildet und liegen in einer gemeinsamen Ebene. Je nach Verformungsgrad können die Auflageflächen 16 in einem oder mehreren Verformungsstufen hergestellt werden. Der Umformprozess beinhaltet einen finalen Kalibrierprozess, der die entsprechende Genauigkeit der Referenzflächen gewährleistet.
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Die Auflageflächen 16 werden dabei über eine geeignete Prozessauslegung gemeinsam mit einer weiteren, funktionswichtigen Fläche kalibriert, d. h. die Auflageflächen 16 werden in einem Kalibriervorgang nochmals nachgeprägt. Wie aus 5 ersichtlich, ist die funktionswichtige Fläche vorzugsweise die axiale Lagerauflagefläche 17 für ein Lager, welches eine Rotorwelle des Elektromotors am öffnungsfernen Ende lagert. Dieses Lager wird auch B-Lager genannt. Diese axiale Lagerauflagefläche 17 ist im Boden des Motorgehäuses 3 angeordnet und wird im Tiefziehprozess ausgebildet. Die axiale Lage der Auflageflächen für die Sammelschieneneinheit 16 wird somit über den Abstand a zur Lagerauflagefläche 17 definiert. In Radialrichtung ist die Bezugsfläche die Öffnung des Motorgehäuses 4, auch Flanschbohrung genannt.
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Je nachdem wie tief die Auflageflächen 16 in die Ausprägungen eingeprägt sind, können diese auch eine radiale Sicherung der Sammelschieneneinheit gewährleisten. Die Auflageflächen 16 erstrecken sich in Radialrichtung von der Öffnung weg und sind, wie aus 4 ersichtlich, etwa halbkreisförmig ausgebildet. Jede Ausprägung 9,10 weist eine Auflagefläche 16 auf.
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Die Sammelschieneneinheit 15 weist Ausbuchtungen 18 auf, die, wie aus 3 ersichtlich, lediglich auf jeder zweiten Auflagefläche 16 aufliegen. Es ist aber auch denkbar, eine andere Anzahl an Ausbuchtungen 18 zur Auflage auf den Auflageflächen 16 zu wählen.
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Durch die Ausprägungen wird zudem die Biegespannung an den Anschraubpunkten reduziert. Auch bei geringer Materialdicke bzw. Wandstärke kann so eine hohe mechanische Steifigkeit des Motorgehäuses im kritischen Bereich der Anschraubpunkte erreicht werden.
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Das Motorgehäuse wird im Bereich der Ausprägungen partiell ausgeformt und weicht von der zylindrischen Grundform ab. Die Ausprägungen können ganz allgemein eine oder mehrere planparallele Flächen ausbilden, welche eine axiale und radiale Ausrichtung von Motorkomponenten innerhalb des Motorgehäuses zulassen.
