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Technisches Gebiet
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Verschiedene Aspekte betreffen eine Antriebsvorrichtung für eine bewegbare Komponente in einem Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Sonnendach, ein Schiebedach oder ein Fahrzeugfenster.
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Technischer Hintergrund
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Es ist bekannt, dass für den Antrieb bewegbarer Komponenten wie beispielsweise Schiebedächer oder Fahrzeugfenster etc. in einem Kraftfahrzeug bürstenfreie Gleichstrommotoren (BLDC-Motor: brushless direct-current motor) verwendet werden können. Diese umfassen einen mit Permanentmagneten bestückten Rotor sowie einen feststehenden Stator, der die bei gesteuerter Strombeflussung ein Magnetfeld aufbauenden Spulen mit Eisenkern aufweist. BLDC-Motoren können dreiphasig betrieben werden und erfordern regelmäßig eine sensorgesteuerte Kommutierung. Als Sensoren kommen z.B. optoelektronische oder Magnetsensoren zum Einsatz.
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Im Fall der Magnetsensoren können z.B. Hall-Sensoren verwendet werden, welche die aktuelle Drehwinkelposition des Rotors durch Erfassen des jeweiligen magnetischen Flusses ermitteln. Entsprechend dieser Positionsinformation werden über entsprechend eingerichtete Leistungstreiber von der elektronischen Steuerung die Wicklungen der Spulen angesteuert, die im Rotor ein Drehmoment erzeugen.
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Herkömmlich werden die Sensormagneten als Ringmagneten ausgebildet und achsensymmetrisch auf eine Welle (nachfolgend als Rotorwelle bezeichnet) aufgesetzt, um die herum auch der Rotor angebracht ist, so dass sich die oftmals mehrere Pole (z.B. sechs Pole) aufweisenden Sensormagneten mit dem Rotor drehen. Um Beschädigungen an dem Sensormagneten zu vermeiden, kann dieser in ein ringförmig ausgebildete Messingaufnahme (engl. brass CuZn) spritzgegossen sein, wobei dann diese ringförmige Messingaufnahme als Halterung für den Sensormagneten auf die Rotorwelle gefittet wird. Nachteilhaft ist daran, dass die Messingaufnahme vergleichsweise hohe Kosten verursacht und sowohl der Spritzgussprozess als auch die Anbringung zeitaufwändig ist.
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Außerdem kann gerade bei der Verwendung in räumlich platzsparend dimensionierten BLDC-Motoren, insbesondere für den Antrieb bewegbarer Komponenten in einem Fahrzeug wie oben beschrieben, ein Problem dahingehend auftreten, dass dieser Aufbau der Sensormagneten zu Einschränkungen beim Einbau der Rotorwelle im Motorgehäuse führt, wenn die Lager der Rotorwelle berücksichtigt werden. Dies führt dazu, dass beim Design des Motors z.B. eines der (Kugel-)Lager für die Rotorwelle nicht in angemessener Weise auf der Seite des Motorgetriebes eingerichtet werden kann, weil der Sensormagnet beim Einbau noch hindurchgeführt werden können muss. Dies kann aber zur Folge haben, dass durch die verschlechterte Lageranordnung auf der Getriebeseite eine erhöhte Geräuschentwicklung hervorgerufen wird, die an sich zu vermeiden ist.
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Im Stand der Technik sind auch alternative Lösungen vorgeschlagen:
- Die Druckschrift KR 10-2015-0020647 A offenbart einen bürstenfreien elektrischen Motor für eine Trommelwaschmaschine. Ein Rotor ist auf einer Rotorwelle angebracht. Zur Erfassung der Drehposition ist ein Sensormagnet an einem stirnseitigen Ende der Rotorwelle angebracht. Der Sensormagnet ist in einem Spritzgussteil gefasst, mit welchem die Anbringung bewerkstelligt wird. Zur Herstellung wird der Sensormagnet in eine Form eingesetzt, wonach diese spritzvergossen wird. Das Spritzgussteil mit dem darin aufgenommenen Sensormagneten kann zum Beispiel einen Vorsprung mit einem Innengewinde aufweisen, das auf ein Außengewinde am Ende der Rotorwelle aufgeschraubt wird. Alternativ kann das Ende der an sich zylindrischen Rotorwelle auf gegenüberliegenden Seiten zum Ende hin Abflachungen aufweisen, welche ein genaues Gegenstück zu einer Aufnahme in einem Vorsprung des Spritzgussteils haben. Weiter kann das Spritzgussteil einen vorspringenden Stift mit einem
Außengewinde aufweisen, das in ein entsprechendes, sich axial in der Rotorwelle erstreckendes Innengewinde geschraubt werden kann, um das Spritzgussteil mit dem Sensormagneten an der Rotorwelle anzubringen. Insgesamt soll durch diesen Aufbau die Montage des Sensormagneten erleichtert werden. Die Erfassung der Drehposition erfolgt durch einen vorrichtungsseitigen Hall-Sensor.
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In ähnlicher Weise offenbart die Druckschrift
KR 10-2018-0127277 A einen Rotor, der einen Rotorkörper und Antriebsmagneten aufweist und sich um die Rotorwelle herum erstreckend auf dieser angebracht ist. In einer stirnseitigen Endfläche der Rotorwelle ist eine Ausnehmung ausgebildet, in welche ein Sensormagnet platziert ist. Ein Sensor-IC ist dem Sensormagneten in axialer Richtung stirnseitig gegenüber platziert, um im Fall der Drehung der Rotorwelle das sich drehende Magnetfeld des Sensormagneten zu erfassen und dadurch die Drehposition der Rotorwelle zu ermitteln.
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In ebenfalls ähnlicher Weise offenbart auch die
US 2021/0057967 A1 einen Rotor mit einer Rotorwelle, in deren stirnseitiger Endfläche in axialer Richtung eine konkave Ausnehmung ausgebildet ist. Ein aus Metall gebildetes Koppelelement nimmt einen Sensormagneten auf und kann mit diesem in die konkave Ausnehmung gesteckt werden und darin mit elastischen distalen Vorsprüngen einrasten. Der Sensormagnet kann lediglich zwei Pole aufweisen und ist in dem Koppelelement eingeklebt, und wird zusätzlich durch ein elastisches Element im Innern der konkaven Ausnehmung gegen das Koppelelement vor Beschädigungen geschützt. Auch bei diesem Aufbau soll die Montage vereinfacht werden. Die Erfassung der Drehposition erfolgt durch einen Hall-IC.
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Die Druckschrift
FR 3064134 A1 offenbart einen elektrischen Motor für einen elektrischen Lader (engl. electric supercharger) für die Luftansaugleitung eines Verbrennungsmotors. Dieser umfasst einen auf einer Rotorwelle angebrachten Rotor. Zur Erfassung der Winkelposition des Rotors ist in einem unteren Endabschnitt auf der Rotorwelle ein zylindrischer Magnet mit kreisförmigem Querschnitt vorgesehen. Der Magnet ist ein Permanentmagnet mit mehreren Magnetpolen und umgibt den unteren Endabschnitt der Rotorwelle vollständig. Ferner ist ein Magnetträger eingerichtet, in dem der Magnet untergebracht ist. Der Magnetträger verhindert eine Verformung des Magneten und stellt den Halt des Magneten auf der Rotorwelle sicher, um jedwede parasitäre Bewegung zu vermeiden, die die Positionsmessung und damit die Genauigkeit der Winkelmessung beeinträchtigen könnte. Der Magnetträger ist beispielsweise metallisch und besteht aus einem nichtmagnetischen Material. Die Halterung des Magneten erfolgt z.B. durch Kleben. Die eigentliche Winkelerfassung wird durch eine vorrichtungsseitige Hall-Sonde und Zählen bewerkstelligt.
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Die Druckschrift
CN 113300542 A offenbart einen wechselstrombetriebenen Motor, bei dem der Rotor einen sich um eine Rotorwelle herum erstreckenden Eisenkern aufweist, auf dessen Stirnseite ein Endring aufgepasst ist. Dieser Endring am Rotor weist eine ringförmige Nut auf, die in axialer Richtung offen ist und in welcher auf einem magnetischen Abschirmring ein ringförmiger Magnet zur Erfassung einer Drehposition des Rotors durch einen Hall-Sensor eingelegt ist. Durch diese Maßnahme soll ein Raum eingespart werden, den ein Magnetring für die Erfassung der Drehposition der Rotorwelle benötigt.
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Die vorgeschlagenen Maßnahmen erfordern allerdings einerseits durch die stirnseitige Anbringung von Sensormagnet und Sensor eine Vergrößerung der axialen Länge des Rotorwellenaufbaus und wirken damit einer angestrebten Verringerung der Dimensionen des Motors entgegen. Oder sie greifen in den Aufbau des Rotors selbst ein, welches einen nachteihaften Einfluss auf Drehmoment (bzw. Trägheitsmoment) und Steuerung haben kann.
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Es besteht daher ein Bedürfnis nach einer einfachen und kostengünstigen Implementierung für Sensormagneten auf eine Rotorwelle, die zugleich den Raum- und Platzerfordernissen des elektrischen Motors gerecht wird.
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Darstellung verschiedener Aspekte
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Aspekte der Erfindung betreffen Rotorvorrichtung für einen Gleichstrommotor, beispielsweise, aber nicht nur, zum Betreiben einer bewegbaren Komponente in einem Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Sonnendach, ein Schiebedach oder ein Fahrzeugfenster. Die Rotorvorrichtung umfasst eine Rotorwelle mit einem ersten Ende und einem gegenüberliegenden zweiten Ende. Die Rotorwelle weist einen ersten Abschnitt auf, in welchem optional eine Struktur ausgebildet oder der zur Aufnahme einer solchen Struktur eingerichtet ist, mit welcher ein Drehmoment oder eine Kraft auf einen anderen Körper oder ein anderes Medium übertragen werden kann, ferner einen zweiten Abschnitt, der eingerichtet ist, einen Rotor aufzunehmen, sowie einen dritten Abschnitt, der eingerichtet ist, einen Sensormagneten aufzunehmen. Der erste Abschnitt der Rotorwelle kann in der beschriebenen Breite ein noch freier Abschnitt der Rotorwelle sein, welcher erst später, nach Festlegung der konkreten Verwendung (Schiebedachmotor, Pumpenmotor, Lüftermotor, etc.) des Rotors mit der genannten Struktur versehen wird.
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Außerdem umfasst die Rotorvorrichtung den genannten Rotor, der im zweiten Abschnitt an der Rotorwelle angebracht und symmetrisch in Bezug auf eine Achse der Rotorwelle ausgebildet ist sowie auch den Sensormagneten, welcher eine Anzahl von Magnetpolen zur Erfassung durch einen Sensor aufweist. Gemäß den hier vorgeschlagenen Aspekten ist nun vorgesehen, dass die Rotorwelle eine in einer Oberfläche der Rotorwelle in einem Abstand von den beiden Enden ausgebildete Ausnehmung aufweist. Der Sensormagnet ist dabei in dieser Ausnehmung angeordnet. Es werden anders als wie oben im Stand der Technik folglich nicht mehr die endseitigen Stirnflächen der Rotorwelle verwendet, um den Sensormagneten zu platzieren, sondern ein von diesen beabstandeter Abschnitt der Umfangsfläche der Rotorfläche, wobei der Sensormagnet nun aber nicht mehr (wie konventionell) auf die Umfangfläche aufgefittet ist, wozu wie beschrieben eine schonende Aufnahme aus einem Weichmaterial wie Messing bereitgestellt werden müsste, sondern darin eine Vertiefung bzw. Ausnehmung gebildet wird, in die der Sensormagnet eingepasst ist.
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Dadurch findet der Sensormagnet einen sicheren Sitz und nimmt auch räumlich nicht mehr so viel Platz ein wie bisher, da er weniger oder gar nicht mehr von der Außenoberfläche der Rotorwelle hervorsteht. Ein durch die Anordnung erzielter Formschluss zwischen Ausnehmung und Sensormagnet stellt einen entscheidenden Vorteil dar.
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Aufgrund dessen werden auch der Einbau der Rotorvorrichtung und insbesondere die Platzierung der Rotorwelle in dem Gehäuse des elektrischen Motors, wenn dieser ein Getriebe antreibt, deutlich vereinfacht. Denn die Welle kann nun in einfacher Weise durch bestehende Lager- und Stützaufbauten des Gehäuses hindurchgeführt werden. Einschränkungen hinsichtlich von Kugellagern auf Seiten eines Getriebes im Inneren des Gehäuses können dadurch entfallen. Aufgrund der dadurch möglichen optimalen Lagerung der Rotorwelle kann somit auch eine übermäßige Geräuschentstehung auf der Seite des Getriebes vermieden werden.
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Desweiteren kann nun auch die Aufnahme aus Weichmaterial (z.B. Messing etc.) entfallen, denn die Ausnehmung selber bildet bereits die Form und Halterung für den Sensormagneten aus. Somit entfallen getrennte Prozessschritte der Herstellung Magnetbausteins und des Anbringens dieses Bausteins an der Rotorwelle. Insgesamt werden Kosten und Zeitaufwand eingespart. Ferner entsteht ein besonderer Vorteil dadurch, dass durch die Ausnehmung eine präzise Position für den Sensor sichergestellt ist. Herkömmlich wurde der Sensormagnetring auf die Welle aufgepresst, wobei die entsprechende Positionierung entlang der Welle aufgrund der geringen vorgegebenen Toleranz mit zusätzlichem Aufwand verbunden war.
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Einer Weiterbildung zufolge ist vorgesehen, die Ausnehmung als eine Nut auszubilden, die sich ringförmig um die Rotorwelle herum erstreckt. Gleichfalls kann vorgesehen sein, dass auch der Sensormagnet eine Ringform besitzt und sich dann ringförmig in der Nut um die Rotorwelle herum erstreckt. Diese Ausgestaltung erlaubt einen besonders guten Formschluss und einen stabilen Sitz, so dass die Präzision der Drehwinkelerfassung optimal wird. Durch die Ringform hält sich der Sensormagnet selbst in Position. Der Formschluss reicht aus, es ist keine Presspassung erforderlich. Lediglich müssen die Toleranz gering gehalten und mögliches Spiel vermieden werden.
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Eine besonders vorteilhafte weitere Ausführungsform sieht deshalb vor, dass der Sensormagnet durch Spritzgießen des den Sensormagneten ausbildenden magnetischen Materials in die Ausnehmung und anschließendes Magnetisieren hergestellt ist. Hier ergeben sich der Formschluss und ein vernachlässigbares Spiel praktisch von selbst.
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Eine weitere, aber ähnliche Ausführungsform sieht vor, dass der Sensormagnet einen magnetischen Körper aufweist, der in der Ausnehmung unmittelbar mit dem Material in Kontakt steht, aus welchem die Rotorwelle gebildet ist, vorzugsweise aus Stahl, oder mit einer dünnen oberflächlich auf dem Stahl gebildeten Beschichtung, beispielsweise aus einem nichtmagnetischen Material, in Kontakt steht, um die Einleitung magnetischen Flusses in die Rotorwelle selbst zu vermeiden.
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Einer aus Symmetriegründen bevorzugten Ausgestaltung zufolge bildet die Ausnehmung beziehungsweise die durch sie ausgebildete Nut die Form eines geschlossenen Rings aus, der sich in einer Ebene senkrecht zur Achse der Rotorwelle erstreckt.
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Ferner kann die Ausnehmung beziehungsweise die ringförmige Nut im Querschnitt ein Rechteckprofil, ein U-Profil oder ein V-Profil aufweisen. Eine weitere Unterstrukturierung der Nut oder allgemein der Ausnehmung am Boden oder den Seitenwänden ist aber nicht ausgeschlossen. Idealerweise kann die Form des Sensormagneten daran angepasst sein.
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Einer weiteren speziellen Ausgestaltung zufolge besitzt der Sensormagnet die oben bereits erwähnte radial von der Achse der Rotorwelle nach außen gerichtete Außenumfangsoberfläche. Diese Außenumfangsoberfläche kann mit besonderem Vorteil eben mit einer die Ausnehmung umgebenden Oberfläche abschließt, oder sich in Bezug auf die Ausnehmung (18) umgebende Oberfläche radial innerhalb der Ausnehmung erstrecken, so dass kein Abschnitt des Sensormagneten über die die Ausnehmung umgebende Oberfläche hervorsteht. Der Sensormagnet kann die Ausnehmung mit vollflächigem Kontakt der Boden- und Seitenwände ausfüllen und in radialer Richtung nach außen jeweils (z.B. auf beiden Seiten im Fall einer ringförmigen Nut) bis zu einer Kante reichen, die die Ausnehmung mit der umgebenden Außenoberfläche der Rotorwelle bildet.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der den Sensormagneten aufzunehmende dritte Abschnitt zwischen dem ersten Abschnitt mit der bereits optional darin ausgebildeten Struktur und dem den Rotor aufnehmenden zweiten Abschnitt positioniert ist. Dies stellt z.B. eine vorteilhafte Implementierung im Fall von BLDC-Motoren dar, die zum Anrieb von bewegbaren Komponenten in Fahrzeugen wie etwa Schiebedächern eingesetzt werden.
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In dem genannten Fall kann die Struktur, mit welcher ein Drehmoment oder eine Kraft auf einen anderen Körper oder ein anderes Medium übertragen werden kann, insbesondere auch Teil eines Schneckengetriebes ist, insbesondere eine schraubenförmige Schneckenwelle. Diese Anordnung wird somit auch den Anforderungen an geringem Bauraumbedarf, die in diesem Fall besonders relevant sind, gerecht.
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Eine für den gleichen Verwendungsfall vorteilhafte Ausführungsform sieht zwei jeweils benachbart zu dem ersten Ende und dem zweiten Ende auf der Rotorwelle angeordnete, vorzugsweise zylindrische Lagerabschnitte vor, die eingerichtet sind, jeweils mit einem in einem Gehäuse des elektrischen Motors eingerichteten Kugellager zusammenzuwirken. Die Welle wird folglich außen und damit am stabilsten gelagert. Eine mögliche, das Drehmoment übertragende Struktur des Schneckengetriebes liegt hierbei zwischen den Lagern. Es ist nicht ausgeschlossen, dass die Rotorwelle innen ein oder mehrere weitere Lagerabschnitte aufweist.
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Aspekte der Erfindung sehen auch einen bürstenfreien Gleichstrommotor vor, der vorzugsweise zum Betreiben einer bewegbaren Komponente in einem Fahrzeug, insbesondere einem Schiebedach, eingerichtet ist. Dieser kann die oben vorgeschlagene Rotorvorrichtung umfassen: Ferner weist sie ein Gehäuse, einen Stator, eine Steuervorrichtung sowie einen Sensor auf, vorzugsweise einen Hall-Sensor. Letzterer ist dem Sensormagneten gegenüberliegend angeordnet und mit der Steuervorrichtung verbunden ist, um eine Steuerung elektrischer Komponenten des Stators (Spulen) abhängig von einem durch den Sensor erfassten Signal durch die entsprechend eingerichtete Steuervorrichtung zu erlauben. Es ergeben sich die gleichen Vorteile wie oben beschrieben.
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Weitere Aspekte Verfahren zum Herstellen einer Rotorvorrichtung für einen Gleichstrommotor, umfassend:
- Bereitstellen einer Rotorwelle;
- Bilden einer Ausnehmung in einer Oberfläche der Rotorwelle;
- Spritzgießen eines magnetischen Materials in die Ausnehmung;
- Magnetisieren des magnetischen Materials in der Ausnehmung;
- Anbringen eines Rotors an der Rotorwelle.
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Der zuletzt genannte Schritt kann theoretisch auch vor dem Bilden der Ausnehmung oder zumindest vor dem Spritzgießen oder dem Magnetisieren durchgeführt werden und ist von der genauen Reihenfolge grundsätzlich unabhängig.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der diversen Aspekte ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
- 1 in perspektivischer Darstellung einen Rotorwelle mit darin gebildeter Ausnehmung bzw. Nut für eine Rotorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, vor dem Anbringen eines Sensormagneten;
- 2 in perspektivischer Darstellung die Rotorwelle aus 1 für eine Rotorvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel, jedoch nach dem Anbringen eines Sensormagneten;
- 3: in perspektivischer Darstellung die Rotorvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel mit der Rotorwelle aus 2, nach dem Anbringen eines Rotors;
- 4 in Draufsicht ein Getriebegehäuse eines BLDC-Motors sowie die Rotorvorrichtung aus 3;
- 5 den Zustand aus 4, jedoch nach Zusammenbau des Getriebegehäuses und der Rotorvorrichtung;
- 6 den BLDC-Motor gemäß einem Ausführungsbeispiel nach Aufstecken eines Motorgehäuses auf das Getriebegehäuse mit Rotorvorrichtung aus 5.
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Bevorzugte Ausführungsform(en) der Erfindung
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In der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ist zu berücksichtigen, dass die vorliegende Offenbarung der verschiedenen Aspekte nicht auf die Details des Aufbaus und der Anordnung der Komponenten beschränkt ist, wie sie in der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren dargestellt sind. Alle Ausführungsbeispiele, auch die nicht in en Figuren gezeigten, können auf verschiedenen Wegen in die Praxis umgesetzt oder ausgeführt werden. Es ist des Weiteren zu berücksichtigen, dass die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie lediglich zum Zweck der konkreten Beschreibung verwendet wird und diese sollten nicht durch den Fachmann als solche in einschränkender Weise ausgelegt werden. Ferner bezeichnen in nachfolgender Beschreibung gleiche Bezugszeichen in den Figuren gleiche oder ähnliche Merkmale oder Gegenstände, so dass in einigen Fällen auf eine wiederholte detaillierte Beschreibung derselben verzichtet wird, um die Kompaktheit und Übersichtlichkeit der Darstellung zu bewahren.
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Die 1 bis 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Rotorvorrichtung 10 sowie eines bürstenfreien Gleichstrommotors 100 in einzelnen Schritten des Zusammenbaus. Bei dem bürstenfreien Gleichstrommotor 100 handelt es sich um einen Radialflussmotor. Entsprechende Ausführungsformen mit Axialflussmotoren sind aber ebenso möglich. Der gezeigte bürstenfreie Gleichstrommotor 100 ist für den Antrieb eines Schiebedach in einem Fahrzeug implementiert. Andere Anwendungen sind aber ebenso möglich.
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In der 1 ist ein Rohling einer Rotorwelle 14 dargestellt, der beispielsweise einstückig und aus Stahl gebildet bereitgestellt sein kann. Die Rotorwelle 14 erstreckt sich längs einer Achse 20 (siehe 4) und besitzt ein erstes Ende 58 sowie ein zweites Ende 59. Jeweils benachbart zu den beiden Enden 58, 59 sind zylindrisch geformte Lagerabschnitte 11 bzw. 12 ausgebildet, die zum Zusammenwirken mit einem Kugellager in einem Motor- und einem Getriebegehäuse bestimmt sind und somit die Anordnung der Rotorwelle in dem elektrischen Motor 100 festlegen.
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Die Rotorwelle 14 ist aus einem Stahlstab gebildet, welcher in diesem speziellen Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von 8 mm besitzt. Die beiden Lagerabschnitte 11 und 12 sind durch Materialabtrag auf einen Durchmesser von beispielsweise 6 mm gedünnt. Zwischen den Lagerabschnitten 11 und 12 sind im Wesentlichen 3 Abschnitte 51 - 53 (siehe 2) ausgebildet, wobei in einem ersten Abschnitt 51 benachbart zu dem ersten Lagerabschnitt 11 am ersten Ende 58 eine schraubenförmige Schneckenwelle 16 aus dem ursprünglich zylindrischen Stab herausgearbeitet ist. Die schraubenförmige Schneckenwelle 16 ist zum Zusammenwirken mit einem in den Figuren nicht gezeigten Schneckenrad bestimmt, wenn sich die Rotorvorrichtung in dem elektrischen Motor 100 dreht.
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Auf der gegenüberliegenden Seite der Rotorwelle 14 schließt sich an dem zweiten Lagerabschnitt 12 ein zweiter Abschnitt 52 an, welcher für die Aufnahme eines Rotors 16 bestimmt ist. Wie in den 1 und 2 angedeutet ist, sind zu diesem Zweck längs der Achse 20 laufende Spaltstrukturen 15 vorgesehen, die eine verlässliche Halterung des Rotors 16 auf der Rotorwelle 14 sicherstellen. Abgesehen von den Spaltstrukturen 15 sowie von der nachfolgend zu beschreibenden nutförmigen Ausnehmung 18 besitzt der zweite Abschnitt 52 sowie auch ein sich daran anschließende mittig angeordneter dritter Abschnitt 53 den ursprünglichen Stabdurchmesser von 8 mm. Der dritte Abschnitt ist zwischen dem zweiten Abschnitt 52 und dem ersten Abschnitt 51 bzw. dessen stumpfkegelförmigem Übergangsabschnitt 17 angeordnet, der mit den Lagern im Gehäuse beim Einsetzen der Welle kollidierende Flächen derselben vermeiden hilft und ein gleitendes Einschieben ermöglicht.
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Nicht direkt angrenzend aber in unmittelbarer Nähe an den Übergangsabschnitt 17 ist in dem dritten Abschnitt 53 eine nutförmige Ausnehmung 18 ausgeschnitten. Die Ausnehmung 18 erstreckt sich ringförmig um die Rotorwelle 14 herum und erstreckt sich in einer Ebene, die senkrecht zur Achse 20 der Rotorwelle steht. Die Ausnehmung 18 weist ein rechteckförmiges Profil auf. Im Bereich der Ausnehmung 18 ist der Stab der Rotorwelle 14 auf einen Durchmesser von z.B. 6 mm gedünnt. Die Breite der Ausnehmung 18 beträgt beispielsweise 5 bis 12 mm. Die übrige Außenoberfläche der Rotorwelle 14 im Bereich des dritten Abschnitts 53 bleibt unbehandelt, und damit zylindrisch.
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Bezug auf 2, die im Prinzip einen weiteren Verfahrensschritt zur Herstellung der Rotorvorrichtung 10 zeigt, ist in die nutförmige Ausnehmung 18 ein ringförmiger Sensormagnet 19 darin eingepasst. Genauer gesagt ist der ringförmige Sensormagnet 19 durch Spritzgießen eines magnetischen Materials in die Ausnehmung 18 ausgebildet. Zur Durchführung dieses Prozesses ist lediglich die ebenfalls ringförmige Öffnung der Ausnehmung 18 nach außen hin durch einen zylindrischen Abschnitt der Gießform abzudecken. Im Ergebnis schließt eine Außenumfangsoberfläche 191 des Sensormagneten 19 bündig mit einer Außenoberfläche des dritten Abschnitts 53 der Rotorwelle 14 ab, wie in 2 zu sehen ist. Um seine Magnetfunktion zu erhalten, kann die in 2 gezeigte Rotorwelle 14 in eine spezielle Vorrichtung eingesetzt werden, durch welche das spritzgegossene, magnetische Material in gewünschter Weise magnetischer wird, um eine Anzahl von Magnetpolen auszubilden, Die eine Erfassung des sich ändernden magnetischen Flusses im Fall einer Drehung der Rotorwelle 14 durch einen Sensor des BLDC-Motors 100 zu ermöglichen.
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In der 3 ist die fertig gestellte Rotorvorrichtung 10 gezeigt, die erhalten wird, indem der Rotor 13 in dem zweiten Abschnitt 52 der Rotorwelle 14 angebracht wird. Der Rotor 13 kann in bekannter Weise einen Rotorkörper sowie eine Anzahl von Permanentmagneten (nicht gezeigt) aufweisen.
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Die 4 zeigt die gemäß 3 hergestellte Rotorvorrichtung 10 sowie ein Getriebegehäuse 30, in das die Rotorvorrichtung 10 eingesetzt wird. Das Getriebegehäuse 30 weist eine Wellenaufnahme 34 auf, in welche die Rotorwelle 14 wie angedeutet durch eine Öffnung des Getriebegehäuses 30 eingeschoben wird. Durch einen Pfeil ist die Position eines entsprechenden ersten Kugellagers 71 angedeutet. Weitere nicht explizit bezeichnete Lager betreffen ein Kalottenlager am Ende des Rotors sowie ein dem ersten Kugellager 71 in Bezug auf die Schneckenwelle 16 gegenüberliegendes zylindrisches Lager. Mit dem Bezugszeichen 32 ist eine Aufnahme für ein in 4 und 5 nicht gezeigtes Schneckenrad gezeigt, dass mit der schraubenförmigen Schneckenwelle 16 der Rotorwelle 14 zusammen wirkt.
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Die 5 zeigt in perspektivischer Darstellung den Zustand des Getriebegehäuses 30 mit darin eingeschobener Rotorwelle 14. Mit den Bezugszeichen 37 und 38 sind zwei Buchsen für Verbindungsmittel bezeichnet, mit denen das Getriebegehäuse 30 am Fahrzeugdach befestigt wird. Die Öffnung 36 dient einer elektrischen Steckverbindung (z.B. 6-polig) zum Anschluss des Motors.
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Schließlich zeigt die 6 den fertiggestellten BLDC-Motor 100, allerdings der Einfachheit halber ohne Schneckenrad (Ritzel), Antriebsmitteln für das Schiebedach und abgenommenem Deckel. Insbesondere ist aber ein Motorgehäuse 40 mit bereits darin installiertem Stator, der entsprechenden Verkabelung und Leiterplatte (jeweils nicht gezeigt) mit Anschlüssen für die Steuervorrichtung (ebf. nicht gezeigt) mit dem Getriebegehäuse 30 fest verbunden. Stator und Rotor 13 können somit entsprechend der Steuerung durch die Steuervorrichtung zusammenwirken. Ferner ist an der Position des Sensormagneten 19 diesem gegenüberliegend ein mit der Steuervorrichtung verbundener Hall-Sensor 60 (nur durch Pfeile angedeutet) eingerichtet. Die Steuervorrichtung kann somit entsprechend der von diesem erfassten Drehposition die Spulen des Status antreiben, um die Kommutation er Phasen in bekannter Weise durchzuführen. Mit dem Bezugszeichen 72 ist in thematischer Weise die Position eines zweiten Kugellagers im Bereich des Motorgehäuses 40 angedeutet, das mit dem zweiten Lagerabschnitt 12 der Rotorwelle zusammenwirkt.
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BEZUGSZEICHENLISTE :
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- 10
- Rotorvorrichtung
- 11
- erster Lagerabschnitt
- 12
- zweiter Lagerabschnitt
- 13
- Rotor
- 14
- Rotorwelle
- 15
- Spaltsstrukturen
- 16
- schraubenförmige Schneckenwelle
- 17
- Übergangsabschnitt
- 18
- (nutförmige) Ausnehmung
- 19
- Sensormagnet
- 191
- Außenumfangsoberfläche
- 20
- Achse (Rotorwelle)
- 30
- Getriebegehäuse
- 32
- Aufnahme für das Schneckenrad
- 34
- Aufnahme für die Rotorwelle
- 36
- Öffnung für Steckverbinder
- 37
- Buchse für Dachanbringung
- 38
- Buchse für Dachanbringung
- 40
- Motorgehäuse, mit Stator und PCB
- 51
- erster Abschnitt
- 52
- zweiter Abschnitt
- 53
- dritter Abschnitt
- 58
- erstes Ende
- 59
- zweites Ende
- 60
- Hall-Sensor
- 71
- erstes Kugellager
- 72
- zweites Kugellager
- 100
- elektrischer Motor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 1020150020647 A [0006]
- KR 1020180127277 A [0007]
- US 20210057967 A1 [0008]
- FR 3064134 A1 [0009]
- CN 113300542 A [0010]