DE102021122793A1 - Actuator and method of manufacturing the actuator - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Aktuator mit einem Elektromotor und einem Getriebe (11), wobei der Elektromotor einen Stator (1) mit einer Vielzahl von Elektromagneten, die jeder aus einem Eisenkern (4) und einer Drahtspule (6) gebildet sind, einen in dem Stator (1) drehbar gelagerten Rotor (2) mit einem mehrpoligen Ringmagneten oder einer Vielzahl von Permanentmagneten, wobei ein antriebseitiges Ende des Rotors (2) als Ritzel (10) ausgebildet ist, sowie eine Leiterplatte (3) mit elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen umfasst, wobei die Leiterplatte (3) mit dem Stator (1) elektrisch verbindbar ist, wobei das Getriebe (12) von dem Ritzel (10) antreibbar ist, und wobei der Elektromotor und das Getriebe (12) in einem Gehäuse (8) angeordnet sind. Der Aktuator soll einfacher zu fertigen und hierbei kompakt aufgebaut sein. Dies wird dadurch erreicht, dass der Stator (1) mit Ausnahme von Anschlusskontakten (7) und einem in dem Stator (1) für den Rotor (2) gebildeten Innenraum (14) einstückig mit einer Bildung eines Teils des Gehäuses (8) umspritzt ist.The invention relates to an actuator with an electric motor and a gear (11), the electric motor having a stator (1) with a plurality of electromagnets each formed of an iron core (4) and a coil of wire (6), one in the stator (1) rotatably mounted rotor (2) with a multi-pole ring magnet or a large number of permanent magnets, with one end of the rotor (2) on the drive side being designed as a pinion (10), and a printed circuit board (3) with electrical and/or electronic components , wherein the printed circuit board (3) can be electrically connected to the stator (1), wherein the gear (12) can be driven by the pinion (10), and wherein the electric motor and the gear (12) are arranged in a housing (8). . The actuator should be easier to manufacture and have a compact design. This is achieved in that the stator (1), with the exception of connection contacts (7) and an interior space (14) formed in the stator (1) for the rotor (2), is overmoulded in one piece with a formation of part of the housing (8). .
Description
Die Erfindung betrifft einen Aktuator mit einem Elektromotor und einem Getriebe, wobei der Elektromotor einen Stator mit einer Vielzahl von Elektromagneten, die jeder aus einem Eisenkern und einer Drahtspule gebildet sind, einen in dem Stator drehbar gelagerten Rotor mit einem mehrpoligen Ringmagneten oder einer Vielzahl von Permanentmagneten, wobei ein antriebseitiges Ende des Rotors als Ritzel ausgebildet ist, sowie eine Leiterplatte mit elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen aufweist, wobei die Leiterplatte mit dem Stator elektrisch verbindbar ist, wobei das Getriebe von dem Ritzel antreibbar ist, und wobei der Elektromotor und das Getriebe in einem Gehäuse angeordnet sind.The invention relates to an actuator with an electric motor and a transmission, the electric motor having a stator with a large number of electromagnets, each of which is formed from an iron core and a wire coil, a rotor which is rotatably mounted in the stator and has a multi-pole ring magnet or a large number of permanent magnets , wherein a drive-side end of the rotor is designed as a pinion and has a printed circuit board with electrical and/or electronic components, the printed circuit board being electrically connectable to the stator, the gearing being drivable by the pinion, and the electric motor and the gearing are arranged in a housing.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung des Aktuators.The invention also relates to a corresponding method for producing the actuator.
Solche Aktuatoren sind an sich bekannt und werden z.B. in Kraftfahrzeugen vielfach für unterschiedliche Zwecke eingesetzt.Such actuators are known per se and are often used for different purposes in motor vehicles, for example.
In der
Die
Es ist eine erste Aufgabe der Erfindung, einen Aktuator zu schaffen, der einfacher zu fertigen ist und hierbei kompakt aufgebaut ist.It is a first object of the invention to provide an actuator that is easier to manufacture and is compact in design.
Die erste Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Stator mit Ausnahme von Anschlusskontakten und einem in dem Stator für den Rotor gebildeten Innenraum einstückig mit einer Bildung eines Teils des Gehäuses weitestgehend umspritzt. Das bedeutet, der Stator ist durch das Spritzgießen fest in dem Teil eingebunden und hierbei weitgehend von dem Spritzmaterial umschlossen. Hierdurch ist einerseits der Stator sicher in dem Gehäuse fixiert, so dass eine separate Befestigung mit entsprechenden Arbeitsschritten entfällt. Andererseits ist der Elektromotor durch die Umspritzung laufruhiger als bei üblichen Aktuatoren, weil durch die direkte Positionierung eine exaktere Zentrierung einer Achse oder einer Welle für den Rotor verwirklicht wird; denn Toleranzketten werden verkürzt. Es wird zusätzlich eine geringere Geräuschentwicklung bewirkt. Wie weit die Umspritzung reicht, also die Bedeutung des Ausdrucks „weitestgehend“ in diesem Zusammenhang, ist abhängig von der Art der Aufnahme und Abdichtung des Stators in der Spritzgussform.The first object is solved by the features of
Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.The dependent claims relate to the advantageous embodiment of the invention.
In einer Ausgestaltung ist das Teil ein Boden des Gehäuses. Hierdurch wird ein Zusammenbau des Aktuators besonders einfach.In one embodiment, the part is a base of the housing. This makes assembly of the actuator particularly easy.
In einer weiteren Ausgestaltung ist gleichzeitig mit dem Umspritzen eine Aufnahme für eine erste Achse eines ersten Zahnrads gebildet. Diese Aufnahme kann variabel nach den Erfordernissen des Getriebes optimal angeordnet werden. Dies erleichtert den Zusammenbau des Aktuators weiter. Gegebenenfalls können mehrere Aufnahmen angeordnet sein, um den Stator zusammen mit dem Teil des Gehäuses für unterschiedliche Getriebe einsetzen zu können. Hierdurch wird die Lagerhaltung vereinfacht.In a further embodiment, a receptacle for a first axis of a first gear wheel is formed at the same time as the encapsulation. This recording can be optimally arranged variably according to the requirements of the transmission. This further facilitates assembly of the actuator. If necessary, several recordings can be arranged in order to be able to use the stator together with the part of the housing for different transmissions. This simplifies warehousing.
In einer weiteren Ausgestaltung wird eine erste Achse für den Rotor mit dem Umspritzen integriert. Dies vereinfacht die Montage weiter und ermöglicht eine sehr hohe Fertigungsgenauigkeit.In a further embodiment, a first axis for the rotor is integrated with the overmolding. This further simplifies assembly and enables very high manufacturing accuracy.
In einer alternativen Ausgestaltung ist ein Lager für eine erste Welle für den Rotor mit dem Umspritzen gebildet. Auch hier ist eine hohe Fertigungsgenauigkeit gegeben.In an alternative embodiment, a first shaft bearing for the rotor is formed with the overmolding. Here, too, there is a high level of manufacturing accuracy.
Eine zweite Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Aktuators zu schaffen, das einfach und preiswert durchzuführen ist.
Es gilt das für den Aktuator Gesagte entsprechend.A second object is to provide a method for manufacturing an actuator that is simple and inexpensive to carry out.
What was said for the actuator applies accordingly.
Anhand der beigefügten schematischen Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht eines Aktuators ohne Deckel, -
2 eine Explosionsdarstellung des Aktuators der1 und -
3 einen senkrechten Schnitt durch den Aktuator.
-
1 a perspective view of an actuator without a cover, -
2 an exploded view of theactuator 1 and -
3 a vertical section through the actuator.
Ein Aktuator ist mit einem Elektromotor, einem Getriebe, einer zugeordneten Steuer- und/oder Regelschaltung sowie einem Gehäuse ausgestattet.An actuator is equipped with an electric motor, a gear, an associated open-loop and/or closed-loop control circuit and a housing.
Wie aus den
Der Stator 1 umfasst eine Vielzahl von N x 3 (N ist eine ganze Zahl) Eisenkernen 4, die von einer Innenseite eines kreisförmigen Rings 5 radial nach innen weisen. Die hier neun Eisenkerne 4 sind identisch geformt, und jeder ist von einer eigenen separaten Drahtspule 6 zur Erzeugung eines Magnetfeldes umgeben. Zur Isolierung und gegebenenfalls Befestigung von Drähten, von Kontaktelementen sowie der Eisenkerne 4 von den Drahtspulen 6 weist der Stator 1 Kunststoffteile 1a auf. Die Drahtspulen 6 werden im Betrieb von einem Dreiphasen-Strom gespeist, der über eine geeignete Steuerschaltung gesteuert und/oder geregelt wird. Drei Drähte der Drahtspulen 6 sind an einen Kontakt, z.B. einen Schneid-Klemm-Kontakt angeschlossen. Jeder der Schneid-Klemm-Kontakte ist an seinem oberen, von dem Stator 1 wegweisenden Ende mit z.B. einem Einpresskontakt 7 als Anschlusskontakt versehen.The
Alternativ zu den Schneid-Klemm-Kontakten können andere Kontaktierungsarten wie z.B. Widerstandsschweißen oder Löten eingesetzt werden.
Alternativ zu den Einpresskontakten 7 sind andere Mittel zur Kontaktierung mit der Leiterplatte wie z.B. Terminals oder Lötfahnen als Anschlusskontakte einsetzbar.As an alternative to insulation displacement contacts, other types of contact such as resistance welding or soldering can be used.
As an alternative to the press-in
Der Rotor 2 ist drehbar in dem Stator 1 gelagert und weist einen vielpoligen Permanentmagneten auf. Für die Lagerung des Rotors 2 dient z.B. eine in dem Gehäuse 8 befestigte erste Achse (nicht dargestellt) oder eine Buchse für eine erste Welle 9. Er weist an seiner Antriebsseite ein Ritzel 10 auf.The
Das Ritzel 10 ist im Rahmen dieser Erfindung ausschließlich dem Rotor 2 zugeordnet; alle anderen Räder eines zugeordneten Getriebes 11 sind als Zahnräder 12 bezeichnet.Within the scope of this invention, the
Die Leiterplatte 3 umfasst eine elektrische Schaltung zur Ansteuerung der Drahtspulen 6 und somit der Elektromagnete des Stators 1. Weiterhin kann auf einer unteren, dem Stator 1 zugewandten Seite der Leiterplatte 3 mindestens ein Sensor befestigt sein, dem eine elektronische Auswerteeinheit zugeordnet ist. Der Sensor ist so angeordnet, dass er von dem Permanentmagneten beeinflussbar ist.The
Das Gehäuse 8 ist zweiteilig aus den Teilen Boden 8a und nicht dargestellter Deckel gebildet. In gebrauchsfertigem Zustand umschließt das Gehäuse 8 den Elektromotor, die Leiterplatte 3 sowie das Getriebe 11 mit Ausnahme eines Abtriebs, der das Gehäuse 8 an vorbestimmter Stelle durchdringt. Außen an dem Gehäuse 8 ist ein elektrischer Anschluss in Form z.B. eines Steckverbinders angeordnet, um die Leiterplatte 3 mit einem übergeordneten Bordcomputer eines Kraftfahrzeugs verbinden zu können.The
Der Boden 8a und der Deckel sind separat im Spritzguss hier aus Kunststoff gefertigt.The
Der Stator 1 ist in den Boden 8a eingespritzt und somit fest in den Boden 8a integriert. Hierbei ist der Stator 1 hier komplett mit Ausnahme der Einpresskontakte 7 und einem Innenraum 15 von dem Spritzgussmaterial, also hier dem Kunststoff, umspritzt. Der Innenraum 15 ist in dem Stator 1 zur Aufnahme des Rotors 2 gebildet. Die Einpresskontakte 7 ragen aus einer von dem Spritzgussmaterial auf einer Oberseite des Stators 1 gebildeten Fläche heraus. Auf dieser Fläche ist eine Aufnahme 14 in Form einer Hülse oder Buchse angeordnet und mit dem Spritzen gebildet. Eine Positionierung der Aufnahme auf der Fläche ist je nach Auslegung des Getriebes 11 bestimmt. Es ist möglich, mehrere Aufnahmen 14 anzuordnen, um weniger unterschiedliche Böden 8a mit dem Elektromotor vorhalten zu müssen.The
Das Getriebe 11 umfasst eine Vielzahl der Zahnräder 12, wobei deren Anzahl und Zahnzahl von der gewünschten Über- beziehungsweise Untersetzung abhängig ist. Dargestellt ist lediglich ein erstes der Zahnräder 12, das dem Ritzel 10 zugeordnet ist und in dieses eingreift. Das erste Zahnrad 10 ist drehbar auf einer zweiten Achse 13 gelagert, die in der Aufnahme 14 befestigt ist. Alternativ ist eine zweite Welle des ersten Zahnrads 10 in der als Buchse ausgebildeten Aufnahme 14 drehbar gelagert. Die Aufnahme 14 gewährleistet gleichzeitig durch ihre vorbestimmte Höhe eine axiale Ausrichtung des zugeordneten Zahnrads 12 und somit ein gegenseitiges Eingreifen der Zahnräder 12.The
Zur Fertigung des Aktuators wird der Stator 1 passgenau in eine Spritzgussform für den Boden 8a eingelegt. Je nach Ausführung des Rotors 2 wird zusätzlich die erste Achse in der Spritzgussform angeordnet. Der Boden 8a wird durch Einspritzen des Kunststoffs in die Spritzgussform gebildet, wobei der Stator 1 in den Kunststoff eingebettet wird. Hierbei bleiben die Einpresskontakte 7 und der Innenraum 15 frei. To manufacture the actuator, the
Nachdem der Boden 8a mit dem Rotor 1 und gegebenenfalls der ersten Achse aus der Spritzgussform entnommen wurde, wird der Rotor 2 in den Innenraum 15 eingeführt; hierbei wird der Rotor 2 entweder auf der ersten Achse oder seine erste Welle 9 wird in einem Lager gelagert, das mit dem Spritzgießen gebildet wurde.After the
Die Leiterplatte 3 wird in den Boden 8a eingesetzt, wobei die Einpresskontakte 7 entsprechende Bohrungen der Leiterplatte 3 durchdringen. Weiterhin wird die Leiterplatte 3 mit dem elektrischen Anschluss verbunden.The printed
Anschließend wird das Getriebe 11 gebildet, indem entweder die zweite und weitere Achsen 13 in die entsprechenden Aufnahmen 14 eingepresst und die Zahnräder 12 eingesetzt werden, oder die zweiten Wellen der Zahnräder 12 werden in die zugeordneten Buchsen eingesetzt. Wo es erforderlich ist, wird Schmiermittel aufgetragen. Schließlich wird der Deckel auf dem Boden dichtend aufgesetzt und mittels z.B. Schrauben, Verschweißen oder Kleben befestigt.The
Der fertige Aktuator wird wie üblich in dem Kraftfahrzeug verwendet und an vorbestimmter Stelle befestigt.The finished actuator is used as usual in the motor vehicle and attached at a predetermined location.
Bezugszeichenlistereference list
- 11
- Statorstator
- 1a1a
- Kunststoffteilplastic part
- 22
- Rotorrotor
- 33
- Leiterplattecircuit board
- 44
- Eisenkerniron core
- 55
- Ringring
- 66
- Drahtspulewire coil
- 77
- Einpresskontaktpress-fit contact
- 88th
- GehäuseHousing
- 8a8a
- BodenFloor
- 99
- erste Wellefirst wave
- 1010
- Ritzelpinion
- 1111
- Getriebetransmission
- 1212
- Zahnradgear
- 1313
- zweite Achsesecond axis
- 1414
- AufnahmeRecording
- 1515
- Innenrauminner space
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 101151155 A1 [0004]DE 101151155 A1 [0004]
- WO 2017029124 A1 [0005]WO 2017029124 A1 [0005]
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- 2021-09-02 DE DE102021122793.3A patent/DE102021122793A1/en active Pending
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