DE102022200611A1 - Elektrischer Antriebsmotor - Google Patents

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DE102022200611A1
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Uwe Roessler
Manikandan Manickam
Markus Vollmer
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Ein elektrischer Antriebsmotor weist eine stirnseitige Verschaltplatte auf, welche mit einem Lagersitz zur Aufnahme eines Lagers für eine Rotorwelle versehen ist, wobei der Lagersitz in der Verschaltplatte über seinen Umfang verteilte Formschlusselemente aufweist, welche das Lager radial umgreifen. Stirnseitig auf der Verschaltplatte sitzt ein Wärmeschild, der ebenfalls mit einem Lagersitz zur Aufnahme des Lagers versehen ist und über seinen Umfang verteilte Gegenformschlusselemente zur Umgreifung des Lagers aufweist, wobei im montierten Zustand die Gegenformschlusselemente im Wärmeschild und die Formschlusselemente in der Verschaltplatte in Umfangsrichtung in einem Formschluss stehen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Antriebsmotor.
  • Stand der Technik
  • Eine aus der DE 10 2009 001 419 A1 bekannte Antriebseinrichtung umfasst einen elektrischen Antriebsmotor, der als Innenläufermotor ausgeführt ist. Der Stator ist in einer Motorpatrone aufgenommen, die sich in einer Gehäusehülse befindet, welche an den Stirnseiten von Flanschen verschlossen ist, wobei ein erster Flansch eine Elektronikeinheit für die Steuerung des Antriebsmotors aufnimmt und der zweite, gegenüberliegende Flansch Teil eines Lenkgetriebes ist, über das die Antriebsbewegung des Motors zur Servounterstützung in ein Lenksystem eines Fahrzeugs eingespeist wird.
  • Die Motorpatrone ist über Lagerschilde an den stirnseitigen Flanschen abgestützt. Zwischen der Motorpatrone und der umschließenden Gehäusehülse befinden sich Entkopplungsmittel, über die eine axiale Relativbewegung zwischen Motorpatrone und Gehäusehülse möglich ist.
  • Auch aus der DE 10 2014 205 582 A1 ist eine Antriebseinrichtung mit einem elektrischen Antriebsmotor bekannt, der in einer Motorpatrone aufgenommen ist, wobei die Motorpatrone in einem Gehäuse angeordnet ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Der erfindungsgemäße elektrische Antriebsmotor ist vorzugsweise als Innenläufermotor ausgeführt. Bei dem Antriebsmotor handelt es sich beispielsweise um einen elektronisch kommutierten Motor mit Permanentmagneten oder einem Aluminium- oder Kupferkäfig auf der Ankerwelle des Rotors und bestrombaren Spulen am Stator. Der Antriebsmotor kann beispielsweise in einem Lenksystem eines Fahrzeugs als Servounterstützungseinrichtung eingesetzt werden, über die ein unterstützendes Moment in das Lenksystem eingespeist wird.
  • Die in der folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen verwendeten Begriffe „axial“, „radial“ und „Umfangsrichtung“ beziehen sich auf die Längsachse des elektrischen Antriebsmotors, die zugleich die Rotationsachse des Rotors bildet. „Axial“ bedeutet entlang der Längsachse des Antriebsmotors, „radial“ orthogonal zur Längsachse und „Umfangsrichtung“ um die Längsachse.
  • Der elektrische Antriebsmotor weist eine stirnseitige Verschaltplatte auf, über die die Spulen am Stator angesteuert werden und die mit einem Lagersitz zur Aufnahme eines Lagers für eine Rotorwelle versehen ist. Verteilt über seinen Umfang weist der Lagersitz in der Verschaltplatte mehrere Formschlusselemente auf, welche das Lager radial umgreifen, so dass das Lager radial innerhalb der Formschlusselemente im Lagersitz angeordnet ist.
  • Auf der Stirnseite der Verschaltplatte sitzt ein Wärmeschild, der zur Wärmeableitung dient. Der Wärmeschild ist vorzugsweise als passives Bauteil ausgeführt, wobei die Wärmeableitung über die Oberfläche des Wärmeschilds erfolgt. Der Wärmeschild ist ebenfalls mit einem Lagersitz zur Aufnahme des Lagers versehen und weist über seinen Umfang verteilte Gegenformschlusselemente zur radialen Umgreifung des Lagers auf. Im montierten Zustand sind die Lagersitze vorteilhafterweise konzentrisch zueinander angeordnet und stehen die Gegenformschlusselemente im Wärmeschild und die Formschlusselemente in der Verschaltplatte in Umfangsrichtung in einem Formschluss.
  • Diese Ausführung weist verschiedene Vorteile auf. Zum einen ist während des Transports des elektrischen Antriebsmotors auch ohne Wärmeschild gewährleistet, dass das Lager in seiner Position im Lagersitz der Verschaltplatte bleibt. Das Lager ist vorzugsweise form- und/oder kraftschlüssig, insbesondere reibschlüssig im Lagersitz der Verschaltplatte aufgenommen, so dass bei fehlendem Wärmeschild während des Transports das Lager im Antriebsmotor verbleibt und nicht verloren geht. Auch während der Montage von Antriebsmotor und Wärmeschild nimmt das Lager seine vorgesehene Position im Lagersitz der Verschaltplatte ein.
  • Zum andern befindet sich nach der Montage des Wärmeschilds am Antriebsmotor das Lager im Lagersitz des Wärmeschilds, so dass Wärme unmittelbar über den Wärmeschild nach außen abgegeben werden kann und die Verschaltplatte nur unter geringem Wärmeeinfluss steht. Insbesondere in einer Ausführung der Verschaltplatte als Kunststoffbauteilteil, vorzugsweise hergestellt im Spritzgussverfahren, ist das Kunststoffmaterial der Verschaltplatte keinem schädlichen Wärmeeinfluss ausgesetzt.
  • Vorteilhafterweise besitzen die Formschlusselemente in der Verschaltplatte einen zumindest geringfügig größeren Innendurchmesser als die Gegenformschlusselemente im Wärmeschild. In dieser Ausführung befindet sich im montierten Zustand der Lagersitz des Wärmeschilds radial innerhalb des umgreifenden Lagersitzes der Verschaltplatte. Es besteht nur eine geringe Kontaktfläche zwischen dem Lager und den Formschlusselementen in der Verschaltplatte, die mit den Gegenformschlusselementen in dem Wärmeschild in Umfangsrichtung in einem Formschluss stehen. Der Lagersitz des Wärmeschilds steht in unmittelbarem Kontakt zum Lager und nimmt die im Betrieb entstehende Wärme auf.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind die Formschlusselemente in der Verschaltplatte als axial überstehende Formfinger und die korrespondierenden, in Umfangsrichtung formschlüssig zusammenwirkenden Gegenformschlusselemente des Wärmeschilds als Formschlitze ausgebildet, in die nach der Montage die Formfinger der Verschaltplatte hineinragen. Die Formfinger sind über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet, beispielsweise sechs Formfinger, denen eine gleiche Anzahl an Formschlitzen zugeordnet sind, welche ebenfalls über den Umfang gleichmäßig verteilt sind. Sowohl die Formfinger als auch die Formschlitze erstrecken sich entlang eines axialen Vorsprungs oder einer axialen Vertiefung im betreffenden Bauteil.
  • Es ist auch eine Ausführung möglich, bei der die Formschlusselemente in der Verschaltplatte als Formschlitze und die korrespondierenden, in Umfangsrichtung formschlüssig zusammenwirkenden Gegenformschlusselemente des Wärmeschilds als Formfinger ausgebildet sind.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der Lagersitz in der Verschaltplatte zylindrisch ausgebildet. Auch der Lagersitz im Wärmeschild kann zylindrisch ausgebildet sein. Möglich ist auch eine Querschnittsform eines oder beider Lagersitze als Polygonprofil, beispielsweise als Hexagon. Desweiteren kommt eine gemischte Ausführung von zylindrisch und polygonal in Betracht, beispielsweise eine polygonale Querschnittsform des Lagersitzes im Wärmeschild mit zylindrischer Außenfläche und eine zylindrische Querschnittsform des Lagersitzes in der Verschaltplatte.
  • Die gleichartige Ausführung der Lagersitze in der Verschaltplatte und im Wärmeschild erlaubt das axiale Ineinanderführen der Lagersitze, wobei das Lager von beiden Lagersitzen umgriffen ist. Der Lagersitz in der Verschaltplatte weist vorzugsweise einen größeren Durchmesser auf als der Lagersitz im Wärmeschild.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind der Lagersitz in der Verschaltplatte in Achsrichtung in Form einer Vertiefung und der Lagersitz im Wärmeschild in Achsrichtung in Form eines Vorsprungs ausgebildet. Im montierten Zustand ragt der Vorsprung im Wärmeschild axial in die Vertiefung in der Verschaltplatte hinein. Aufgrund der Vertiefung in der Verschaltplatte wird für die Aufnahme des Lagers kein zusätzlicher Bauraum benötigt.
  • Im Prinzip kommt auch eine umgekehrte Ausführung in Betracht, bei der der Lagersitz in der Verschaltplatte in Achsrichtung in Form eines Vorsprungs und der Lagersitz im Wärmeschild in Achsrichtung in Form einer Vertiefung ausgebildet sind.
  • Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist im Lagersitz in der Verschaltplatte ein Federelement angeordnet, an dem sich das Lager axial abstützt. Das Federelement kann gegebenenfalls das Lager gegen einen Stützabschnitt drücken, der insbesondere am Wärmeschild ausgebildet ist, vorzugsweise an den Gegenformschlusselementen. Aufgrund der auf das Lager wirkenden Federkraft wird ein Axialspiel des Lagers vermieden.
  • Vorteilhafterweise ist die Verschaltplatte als Kunststoffbauteil ausgebildet, das im Spitzgießverfahren hergestellt sein kann, wohingegen der Wärmeschild als Metallbauteil, beispielsweise aus Aluminium gefertigt ist. Die Ausführung des Wärmeschilds als Metallbauteil ermöglicht eine hohe Wärmeresistenz bei zugleich guter Wärmeableitung. Außerdem können über den Wärmeschild hohe Kräfte aufgenommen werden. Es ist beispielsweise möglich, den Antriebsmotor über den Wärmeschild an einem tragenden Bauteil zu befestigen, beispielsweise an einem Lenkgehäuse eines Lenksystems in einem Fahrzeug.
  • Der elektrische Antriebsmotor kann Teil einer Antriebseinrichtung sein, die den in einer Motorpatrone aufgenommenen Antriebsmotor und ein die Motorpatrone aufnehmendes Gehäuse umfasst.
  • Die Antriebseinrichtung umfasst zusätzlich zum elektrischen Antriebsmotor auch ein Gehäuse, in welchem der Antriebsmotor aufgenommen ist. Das Gehäuse ist beispielsweise topfförmig ausgebildet.
  • Der Stator und der Rotor des Antriebsmotors können in einer Motorpatrone aufgenommen sein, welche die Funktion eines Motorgehäuses hat und die von dem Gehäuse umschlossen ist. Der Motorschild nimmt eine Stirnseite sowohl der innenliegenden Motorpatrone als auch des außenliegenden Gehäuses ein.
  • Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
    • 1 einen Längsschnitt durch einen elektrischen Antriebsmotor, an dessen einer Stirnseite ein Wärmeschild angeordnet ist, welcher auf einer Verschaltplatte aufsitzt, wobei zwischen Wärmeschild und Verschaltplatte ein Lager aufgenommen ist,
    • 2 eine perspektivische Ansicht der Verschaltplatte,
    • 3 eine perspektivische Ansicht des Wärmeschilds,
    • 4 einen Schnitt durch die Verschaltplatte und den Wärmeschild im ineinandergreifenden Zustand,
    • 5 ein Wärmeschild in einer weiteren Ausführung,
    • 6 eine Verschaltplatte in einer weiteren Ausführung,
    • 7 ein Wärmeschild in noch einer weiteren Ausführung.
  • In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In 1 ist ein elektrischer Antriebsmotor 2 dargestellt, der Teil einer Antriebseinrichtung 1 mit einem topfförmigen Gehäuse 3 ist, in welchem der Antriebsmotor 1 aufgenommen ist. Die Bauteile der Antriebsmotors 2 mit Stator und innenliegendem Rotor sind innerhalb des Gehäuses 2 in einer Motorpatrone 4 aufgenommen, die die Funktion eines Motorgehäuses hat.
  • Der elektrische Antriebsmotor 2 ist beispielhaft als elektronisch kommutierter Elektromotor ausgebildet. Der Stator 5 nimmt bestrombare Spulen 10 auf, der Rotor mit der Rotorwelle 6 ist vorteilhafterweise Träger von Permanentmagneten. Die Längs- und Drehachse der Rotorwelle 6 ist mit dem Bezugszeichen 7 gekennzeichnet. Das Motorgehäuse 4 ist an einer Stirnseite mit einem Lagerschild 8 verbunden, das ein Lager 9 (A-Lager) aufnimmt, welches beispielsweise als Festlager ausgebildet sein kann. An der axial gegenüberliegenden Stirnseite befindet sich am Motorgehäuse 4 eine Verschaltplatte 11 zur Ansteuerung der Spulen 10 am Stator 5. Auf der axialen Außenseite der Verschaltplatte 11 liegt ein Wärmeschild 12, der auf der offenen Stirnseite des topfförmigen Gehäuses 3 aufsitzt. Die Verschaltplatte 11 ist aus Kunststoff gefertigt, der Wärmeschild 12 aus Metall, beispielsweise aus Aluminium. Zwischen Verschaltplatte 11 und Wärmeschild 12 liegt ein zweites Lager 13 (B-Lager), das als Festlager ausgebildet ist, wobei gegebenenfalls auch eine Ausführung als Loslager in Betracht kommt. Das Lager 13 ist axial von einem Federelement 14 abgestützt, das in einem Lagersitz der Verschaltplatte 11 sitzt.
  • Wie der in 2 gezeigten Einzeldarstellung der Verschaltplatte 11 zu entnehmen, weist die Verschaltplatte 11 eine zentrische axiale Vertiefung auf, die den Lagersitz 15 zur Aufnahme des Lagers 13 bildet. Der Lagersitz 15 ist zylindrisch ausgebildet und weist an seinen Innenwänden radial nach innen vorspringende Formschlusselemente 16 auf, die als axiale Formfinger ausgebildet sind. Über den Umfang sind in gleichmäßigen Winkelabständen verteilt insgesamt sechs Formschlusselemente 16 vorhanden. Die Formschlusselemente 16 umgreifen das Lager 13 und üben eine Reibkraft auf das Lager 13 aus, so dass das Lager 13 beispielsweise für Transportzwecke sicher in der Verschaltplatte 11 aufgebommen ist, auch wenn der Wärmeschild 12 noch nicht montiert ist.
  • In 3 ist eine Einzeldarstellung des Wärmeschilds 12 gezeigt, der einen Lagersitz 17 zur Aufnahme des Lagers 13 aufweist. Der Lagersitz 17 ist als axialer Vorsprung in Form eines zentrischen, zylindrischen oder hülsenförmigen Doms ausgebildet, in dessen Wand 19 Gegenformschlusselemente 18 eingebracht sind, welche als Formschlitze ausgebildet sind. Über den Umfang sind in gleichmäßigen Winkelabständen verteilt insgesamt sechs Gegenformschlusselemente 18 vorhanden, die mit den als Formfinger ausgebildeten Formschlusselementen 16 der Verschaltplatte 11 korrespondieren.
  • Wie 4 zu entnehmen, sind die fingerförmigen Formschlusselemente 16 der Verschaltplatte 11 entlang eines geringfügig größeren Radius als die schlitzförmigen Gegenformschlusselemente 18 des Wärmeschilds 12 angeordnet, so dass die Formschlusselemente 16 die Gegenformschlusselemente 18 umgreifen. Im montierten Zustand ragen die fingerförmigen Formschlusselemente 16 radial von außen in die schlitzförmigen Gegenformschlusselemente 18 hinein. Die Wand 19 des Lagersitzes 17 im Wärmeschild 12 nimmt das Lager 13 auf und umgreift das Lager 13.
  • Bei der Montage wird der Wärmeschild 12 axial auf die Verschaltplatte 11 aufgeschoben, in deren Lagersitz 15 das Lager 13 aufgenommen ist. Hierbei werden die schlitzförmigen Gegenformschlusselemente 18 des Wärmeschilds 12 auf die fingerförmigen Formschlusselemente 16 der Verschaltplatte 11 aufgeschoben, die radial von außen in die schlitzförmigen Gegenformschlusselemente 18 hineinragen, wodurch in Umfangsrichtung ein Formschluss zwischen den Formschlusselementen 16 und den Gegenformschlusselementen 18 und damit auch ein Formschluss zwischen der Verschaltplatte 11 und dem Wärmeschild 12 hergestellt wird.
  • Das Lager 13 wird von der Wand 19 des Lagersitzes 17 umgriffen und befindet sich innerhalb der zylindrischen Wand 19 im Wärmschild 12. In Radialrichtung besteht kein Kontakt mehr zwischen den fingerförmigen Formschlusselementen 16 der Verschaltplatte 11 und dem Lager 13.
  • Am Wärmeschild 12 sind Verschraubungsaugen 20 angeformt, über die der Wärmeschild 12 am Gehäuse 3 oder am Motorgehäuse 4 verschraubbar ist.
  • In 5 ist eine Ausführungsvariante eines Wärmeschilds 12 dargestellt, bei der die Innenseite der Wand 19 des Lagersitzes 17 im Wärmeschild 12 eine polygonförmige Querschnittsform aufweist, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Hexagon ausgeführt ist. Die Außenseite ist dagegen zylindrisch ausgebildet und kann in einen entsprechenden, als zylindrische Vertiefung ausgebildeten Lagersitz 15 in der Verschaltplatte 11 eingeschoben werden.
  • Die Verschaltplatte 11 gemäß 6 und der Wärmeschild 12 gemäß 7 zeigen aufeinander abgestimmte Lagersitze 15, 17 mit hexagonaler Querschnittsform. Sowohl die Innenseite als auch die Außenseite der Wand 19 des Lagersitzes 17 im Wärmeschild 12 sind als Hexagon ausgebildet. Die Innenseite der Wand im Lagersitz 15 der Verschaltplatte 11, an der die fingerförmigen Formschlusselemente 16 angeordnet sind, weist ebenfalls eine hexagonale Querschnittsform auf.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009001419 A1 [0002]
    • DE 102014205582 A1 [0004]

Claims (12)

  1. Elektrischer Antriebsmotor, der eine stirnseitige Verschaltplatte (11) aufweist, welche mit einem Lagersitz (15) zur Aufnahme eines Lagers (13) für eine Rotorwelle (6) versehen ist, wobei der Lagersitz (15) in der Verschaltplatte (11) über seinen Umfang verteilte Formschlusselemente (16) aufweist, welche das Lager (13) radial umgreifen, und dass stirnseitig auf der Verschaltplatte (11) ein Wärmeschild (12) sitzt, der ebenfalls mit einem Lagersitz (17) zur Aufnahme des Lagers (13) versehen ist und über seinen Umfang verteilte Gegenformschlusselemente (18) zur Umgreifung des Lagers (13) aufweist, wobei im montierten Zustand die Gegenformschlusselemente (18) im Wärmeschild (12) und die Formschlusselemente (16) in der Verschaltplatte (11) in Umfangsrichtung in einem Formschluss stehen.
  2. Antriebsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusselemente (16) in der Verschaltplatte (11) einen größeren Innendurchmesser aufweisen als die Gegenformschlusselemente (18) im Wärmeschild (12).
  3. Antriebsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusselemente (16) oder die Gegenformschlusselemente (18) als axial überstehende Formfinger und die korrespondierenden, in Umfangsrichtung formschlüssig zusammenwirkenden Elemente als Formschlitze ausgebildet sind, in die die Formfinger hineinragen.
  4. Antriebsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagersitze (15, 17) im Wärmeschild (12) und in der Verschaltplatte (11) eine gleichartige Querschnittsgeometrie aufweisen.
  5. Antriebsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagersitz (15) in der Verschaltplatte (11) und/oder der Lagersitz (17) im Wärmeschild (12) zylindrisch ausgebildet ist.
  6. Antriebsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagersitz (17) im Wärmeschild (12) und/oder der Lagersitz (15) in der Verschaltplatte (11) als Polygonprofil ausgebildet ist, insbesondere als Hexagon.
  7. Antriebsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagersitz (15) in der Verschaltplatte (11) in Form einer axialen Vertiefung und der Lagersitz (17) im Wärmeschild (12) in Form eines axialen Vorsprungs ausgebildet sind, wobei im montierten Zustand der Vorsprung im Wärmeschild (12) in die Vertiefung in der Verschaltplatte (11) hineinragt.
  8. Antriebsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Lagersitz (15) in der Verschaltplatte (11) ein Federelement (14) angeordnet ist, an dem sich das Lager (13) axial abstützt.
  9. Antriebsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschaltplatte (11) als Kunststoffbauteil ausgebildet ist.
  10. Antriebsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeschild (12) als Metallbauteil ausgebildet ist, insbesondere als Aluminiumbauteil.
  11. Antriebseinrichtung, mit dem elektrischen Antriebsmotor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, der in einer Motorpatrone (4) aufgenommen ist, und mit einem die Motorpatrone 4) aufnehmenden Gehäuse (3).
  12. Lenksystem in einem Fahrzeug mit einem Antriebsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder mit einer Antriebseinrichtung (1) nach Anspruch 11 als Servounterstützungseinrichtung.
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