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Die Erfindung betrifft einen Gleichstrommotor,
wie er beispielsweise in der
DE 197 37 702 A1 beschrieben ist.
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Die Erfindung betrifft das Gebiet
der elektronisch kommutierten, bürstenlosen
Gleichstrommotoren, die als Innenläufermotoren oder Außenläufermotoren
konfiguriert sein können.
Insbesondere betrifft die Erfindung einen Innenläufermotor mit einer Welle, einer
Rotorbaugruppe, die einen oder mehrere auf der Welle angeordnete
Permanentmagneten aufweist, und mit einer Statorbaugruppe, die einen
z.B. aus Blechen aufgebauten Statorkörper und Phasenwicklungen umfaßt. Zwei
Lager sind mit axialem Abstand an der Welle, auf der selben Seite
des/der Rotormagneten angeordnet, um die Rotorbaugruppe relativ
zu der Statorbaugruppe einseitig zu lagern. Diese Motorbauweise,
bei der die Lagerung der Welle ausschließlich auf einer Seite der Rotorbaugruppe erfolgt,
wird auch als Cantilever-Design bezeichnet. Der erfindungsgemäße Motor
umfaßt
ferner eine Sensorvorrichtung zur Erfassung einer Größe, die bezogen
ist auf Drehlage, Drehzahl und/oder Drehmoment der Rotorbaugruppe
relativ zur Statorbaugruppe. Die Sensorvorrichtung umfaßt beispielsweise
einen Positionssensor.
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Der erfindungsgemäße Gleichstrommotor ist für Anwendungen
im Automobilbereich bestimmt, z.B. zur Unterstützung der Lenkung oder zum
Antreiben einer Kühlwasserpumpe
eines Kraftfahrzeuges. Solche Motoren kommen häufig im Verbrennungsmotorraum
zum Einsatz, wo sie hohen Umgebungstemperaturen, Verschmutzung,
Spritzwasser und dergleichen sowie starken Vibrationen ausgesetzt sind.
Die Motoren müssen
daher gegen diese äußeren Einflüsse geschützt und
möglichst
robust aufgebaut sein.
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Einseitig gelagerte Motoren sind
häufig
so aufgebaut, daß die
Welle in einem Motorflansch gelagert ist. Das freie Ende der Welle
und somit des Rotors ist einer stirnseitigen Abdeckung des Motors
zugewandt, bei der sich Anschlüsse
für Stromversorgung
und Signalleitungen befinden. Elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren
weisen in der Regel einen Sensor zur Erfassung der Drehlage des
Rotors relativ zum Stator auf, um daraus das Kommutierungssignal
abzuleiten. Bei einseitig gelagerten Motoren ist dieser Sensor im
Stand der Technik üblicherweise
bei dem freien Rotorende des Motors angebracht, da dieses frei zugänglich ist,
nahe bei den externen Anschlüssen
liegt und daher eine einfache Montage erlaubt.
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Bei einseitig gelagerten Motoren
tritt jedoch das Problem auf, daß sich Montagetoleranzen an dem
freien Ende der Motorwelle summieren können, so daß an diesem freien Ende eine
erhebliche Abweichung der Istposition der Welle von ihrer Sollposition in
radialer Richtung auftreten kann. Ferner kann das freie Ende der
Welle bei seitlichen Belastungen und Vibrationen erheblich ausgelenkt
werden. Die Einflüsse,
welche sich auf die Position der Welle in radialer Richtung auswirken
sind unter anderem das radiale Spiel der Lager, der Spalt der Lagersitze,
eine Spaltveränderung
aufgrund von Temperaturschwankungen, eine Biegung des Flansches
sowie die Biegung der Welle.
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Von der Anmelderin der vorliegenden
Patentanmeldung wird daher in einer parallelen Patenanmeldung mit
demselben Titel und Anmeldetag vorgeschlagen, die Sensorvomchtung
im Bereich der Welle zwischen den beiden Lagern anzuordnen. Die
beiden Lager sind insbesondere in einem Flansch oder einer Grundplatte
des Motors montiert, der mit einem Stirnende der Statorbaugruppe
verbunden ist. Für den
Einbau der Sensorvomchtung zwischen den beiden Lagern wurde eine
Position für
das Sensorsystem gefunden, bei der die geringsten Lageabweichungen
der Welle in radialer Richtung auftreten.
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Dadurch ergibt sich jedoch das Problem,
daß die
Sensorvorrichtung entfernt von den externen Motoranschlüssen zwischen
den beiden Lager eingeschlossen und schlecht zugänglich ist.
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DE 85 27 157 U1 beschreibt einen Elektromotor,
bei dem Versorgungs- und Signalspannungsleitungen sowie die Wicklungsspeiseleitungen
Teile eines gemeinsamen Flachbandkabels sind, wodurch der Anschluß der verschiedenen
Leitungen vereinfacht wird.
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DE 195 05A1 543 A1 beschreibt eine Kreiselpumpe
mit einem Drehzahlsensor, wobei der Drehzahlsensor auf einer Lagerplatte
ausgebildet ist, die zwischen einem Stirnende des Elektromotors
und dem Lagerschild, das den Elektromotor von dem Pumpenraum trennt,
angeordnet ist. Die Sensorvorrichtung ist über ein Anschlußkabel mit
einer Steckerleiste am gegenüberliegenden
Ende des Elektromotors verbunden. Dieses Anschlußkabel wird vorzugsweise seitlich
des Stators zum gegenüberliegenden Stirnende
des Motors geführt.
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DE 197 37 702 A1 beschreibt einen Rotorlagegeber
für elektronisch
geführte
Innenläufermotoren
mit permanentmagnetbestücktem
Rotor, der eine Leiterplatte aus einem flexiblem Materialstreifen
aufweist, die zu einem Zylinder gebogen ist und auf der Zylinderinnenseite
Hallsensoren trägt.
Die Leiterplatte wird direkt auf der Innenseite eines der Wickelköpfe der
Statorwicklung befestigt.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung,
einen Gleichstrommotor der eingangs beschriebenen Art anzugeben,
der eine einfache und zweckmäßige Verbindung
der Sensorvomchtung mit externen Anschlüssen des Motors erlaubt.
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Diese Aufgabe wird durch einen Gleichstrommotor
mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
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Der erfindungsgemäße Motor ist in einem Motorgehäuse eingeschlossen,
das den Statorkörper der
Statorbaugruppe umschließt.
Das Motorgehäuse ist
an einem Stirnende mit einem Gehäusedeckel verschlossen,
welcher eine Anschlußvomchtung
für Stromversorgung
und Signalleitungen aufweist. Das andere Stirnende des Motorgehäuses ist
mit einem Flansch oder einer Grundplatte des Motors verbunden, wobei
die Sensorvorrichtung im Bereich des Flansches bzw. der Grundplatte
zwischen den beiden Lagern angeordnet ist. Um die Sensorvorrichtung
und die Anschlußvorrichtung
zu verbinden, ist erfindungsgemäß ein flexibles
Flachbandkabel, ein sogenanntes Flex-Kabel, vorgesehen, das zwischen dem
Außenumfang
des Statorkörpers
und der Innenseite des Motorgehäuses
geführt
wird.
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Die Erfindung umfaßt auch
einen Gleichstrommotor, bei dem die Anschlußvorrichtung für die Signalleitungen
und die Sensorvorrichtung auf derselben Seite des Rotors angeordnet
sind. Sensorvorrichtung und Anschlußvorrichtung sind über ein
flexibles Flachbandkabel verbunden. Nach Bedarf ist das flexible
Flachbandkabel in einer Aussparung zwischen dem Außenumfang
des Statorkörpers
und der Innenseite des Motorgehäuses
geführt.
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In der Regel ist das runde Motorgehäuse vollständig von
dem Stator mit den Phasenwicklungen ausgefüllt. Die Außenseite des Statorkörpers liegt
an der Innenseite des Gehäuses
an oder hat lediglich einen geringen radialen Abstand zu der Innenseite.
Zur Durchführung
des Flachbandkabels ist erfindungsgemäß eine Aussparung zwischen
Statorkörper
und Motorgehäuse
vorgesehen. Diese Aussparung wird vorzugsweise durch wenigstens
eine Abflachung an dem Außenumfang
des Statorkörpers gebildet.
Damit die Abflachung am Außenumfang des
Statorkörpers
nicht zu einer ungleichmäßigen Feldverteilung
im Luftspalt zum Rotor und damit zu unruhigem Lauf des Motors führt, sind
vorzugsweise mehrere Abflachungen vorgesehen, die auf dem Umfang
des Statorkörpers
gleichmäßig, symmetrisch verteilt
sind. Die Anzahl der Abflachungen kann insbesondere der Anzahl der
elektromagnetischen Pole des Stators entsprechen. Durch die gleichmäßige Verteilung
und Anordnung der Abflachungen jeweils gegenüber einem elektromagnetischen
Pol können Flußschwankungen
und magnetische Rastmomente minimiert werden.
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Bei der Herstellung eines Statorkörpers aus einer
Vielzahl von Statorblechen muß beachtet
werden, daß die
Statorbleche beim Paketieren jeweils gegeneinander verdreht werden,
um eine gleichmäßige Verteilung
der Walzrichtung und somit der Dicke der Statorbleche und dadurch
eine gleichmäßige Feldverteilung
zu erhalten. Die Abflachungen am Außenumfang der Statorbleche
des Statorkörpers
sollten somit wenigstens in Schritten des Paketierungs-Drehwinkels wiederholt
werden.
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Durch Verwendung eines Flachbandkabels zur
Verbindung der Sensorvorrichtung und der Anschlußvorrichtung, welche auf gegenüberliegenden Seiten
der Statorbaugruppe angeordnet sind, wird eine besonders platzsparende
Anschlußmöglichkeit der
Sensorvorrichtung realisiert, die einen geringen Montageaufwand
hat. Das Flachbandkabel kann beispielsweise fünf bis zwölf, insbesondere neun Signalleitungen
haben. Der für
die Führung
des Flachbandkabels notwendige Raum wird vorzugsweise durch die
beschriebene Abflachung am Außenumfang
des Statorkörpers
geschaffen.
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Wenn die Sensorvorrichtung in einem Flansch
zwischen zwei Lagern angeordnet ist, kann in dem Flansch ein schräg verlaufender
Kabelkanal ausgebildet werden, der so gelegt wird, daß die Lagerflächen nicht
geschwächt
werden.
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Zusätzlich kann eine Vorrichtung
zur Halterung und Positionierung der Sensorvorrichtung relativ zu
einem Signalgeber vorgesehen sein. Um ein zuverlässiges Meßergebnis der Sensorvorrichtung, beispielsweise
in bezug auf die Lage des Rotors relativ zum Stator, zu erhalten,
soll diese spielfrei und in einer definierten und reproduzierbaren
Position im Motor gehalten werden. Für die Verbindung und Positionierung
der Sensorvorrichtung ist vorgesehen, daß diese auf dem Flachbandkabel
angeordnet wird. Das Flachbandkabel mit der Sensorvorrichtung darauf
wird auf einer Trägerplatte
montiert, die in eine Tasche oder Nut eingeführt werden kann, welche eine
feste räumliche
Zuordnung zu dem Signalgeber hat. Die Tasche oder Nut ist vorzugsweise
an dem Flansch ausgebildet sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist eine induktive Sensorvorrichtung vorgesehen, die
eine Erregerspule und eine Meßspule
umfaßt,
welche in einer definierten und reproduzierbaren Lage im Motor positioniert
sind, um bei Drehung der Welle ein Signal zu erzeugen, das bezogen
ist auf die Drehlage, Drehzahl und/oder Drehmoment der Rotorbaugruppe.
Zu diesem Zweck sind bei einer Ausführungsform der Erfindung auf
der Welle zwei um den Umfang der Welle umlaufende Zahnspuren aufgebracht,
z.B. aufgeprägt,
die nach dem Nonius-Prinzip ausgebildet sind. Die Erregerspule und
die Meßspule
sind relativ zu der Welle derart angeordnet, daß sie in Verbindung mit diesen
Zahnspuren ein hoch auflösendes
Ausgangssignal erzeugen können, das
ein Maß für die Drehlage
und Drehzahl der Motorwelle ist. Insbesondere erzeugt die Sensorvorrichtung
ein Positionssignal mit hoher Auflösung, ein Positionssignal mit
niedriger Auflösung
und ein Drehzahlsignal, welche zur Erzeugung hoch genauer Kommutierungssignale
dienen.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand
bevorzugter Ausführungsformen
mit Bezug auf die Zeichnungen näher
erläutert.
In den Figuren zeigen:
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1 eine
schematische Schnittdarstellung durch einen Gleichstrommotor gemäß der Erfindung;
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2 eine
schematische Schnittdarstellung der Anordnung aus Flansch und Rotorbaugruppe
zur Veranschaulichung wesentlicher Merkmale des Gleichstrommotors
gemäß der Erfindung;
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3 eine
perspektivische Darstellung des Statorkörpers;
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4 eine ähnliche
Ansicht wie 3, wobei
zusätzlich
ein Teil des den Statorkörper
umgebenden Gehäuses
gezeigt ist;
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5 eine
perspektivische Darstellung einer Trägerplatte zur Positionierung
und Fixierung der Sensorvorrichtung;
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6 eine
perspektivische vergrößerte Ansicht
eines Teils des Flansches mit der Trägerplatte und der Sensorvorrichtung,
wobei zur Verdeutlichung Teile des Flansches weggebrochen sind;
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7 eine ähnliche
Ansicht wie 6 aus einem
anderen Blickwinkel;
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8 eine
perspektivische Draufsicht auf einen Gehäusedeckel des Gleichstrommotors;
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9 eine
perspektivische Unteransicht des Gehäusedeckels;
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10a eine
perspektivische Teilansicht eines zylindrischen Motorgehäuses;
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10b eine
geschnittene Teilansicht des Motorgehäuses der 10a mit eingesetzter Stirnkappe;
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10c eine
geschnittene vergrößerte Darstellung
des Ausschnittes X aus 10b;
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11a bis 11c ähnliche Ansichten wie in den 10a bis 10c einer weiteren Ausführungsform von
Motorgehäuse
und Stirnkappe;
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12 eine
schematische Darstellung einer Einrichtung zur Ausbildung einer
axialen Positionierhilfe an einer Welle eines Gleichstrommotors;
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13 eine
Schnittdarstellung durch einen Teil der Einrichtung der 12;
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14 eine
schematische perspektivische Darstellung einer Welle, an der Positionierungs-Vorsprünge durch
plastische Verformung ausgebildet sind; und
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15 eine
schematische perspektivische Darstellung einer Welle, auf der ein
Kugellager montiert ist.
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1 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung durch einen bürstenlosen
Gleichstrommotor gemäß der Erfindung.
Der in 1 gezeigte Gleichstrommotor
umfaßt
einen Flansch oder eine Grundplatte 10 zur Befestigung
des Motors beispielsweise in einem Kraftfahrzeug. Der Flansch 10 ist
drehfest mit einem Stator 12 verbunden, der einen z.B.
aus Blechen aufgebauten Statorkörper 14 und
Phasenwicklungen 16 umfaßt. Ein Rotor 18 ist
drehfest mit einer Welle 20 verbunden und dreht relativ
zu dem Flansch 10 und dem Stator 12. Der Rotor 18 umfaßt einen
Rotormagneten 22 und einen Eisenrückschluß 24. Der Rotor 18 und
die Welle 20 sind über
zwei Wälzlager 26, 28 insbesondere
Kugellager, in dem Flansch 10 einseitig gelagert.
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Ein zylindrisches Motorgehäuse 30 erstreckt sich
von dem Flansch 10 zu einem Gehäusedeckel 32 und umgreift
den Statorkörper 14.
Der Gehäusedeckel 32 weist
eine erste Anschlußbuchse 34 für die Stromversorgung
des Motors sowie eine zweite Anschlußbuchse 36 für Steuer-
und Signalleitungen auf. In der ersten Anschlußbuchse 34 ist ein
Anschlußstift 38 angedeutet,
der mit einer der Wicklungen 40 verbunden wird. Auf seiner
Innenseite weist der Gehäusedecke132
einen Relaishalter 42 auf, in dem ein Schaltrelais 44 gehalten
ist.
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Zwischen den beiden Lagern 26, 28 ist
in dem Flansch 10 eine Sensorvorrichtung 46 vorgesehen,
die einer Signalgebereinrichtung 48 auf der Welle zugeordnet
ist. Bei der gezeigten Ausführungsform ist
der Signalgeber 48 durch zwei auf die Welle aufgeprägte Spuren
mit Nonius-Strichteilung gebildet, denen ein Positionssensor 46 gegenüberliegt.
Die Sensorvorrichtung 46 ist über ein Flachbandkabel 50 mit
Anschlüssen
(nicht gezeigt) in der zweiten Buchse 36 des Gehäusedeckels 32 verbunden.
Das Flachbandkabel 50 ist ein sogenanntes Flex-Kabel mit
beispielsweise neuen Leitungen. Es ist durch eine schräg verlaufende
Bohrung 52 zwischen den beiden Lagern 26, 28 aus
dem Flansch herausgeführt
und verläuft
an der Außenseite
des Statorkörpers 14 zwischen
dem Statorkörper
und der Wand des Motorgehäuses 30.
Die Bohrung 52 ist so geführt, daß sichergestellt ist, daß die Lagersitze
im Flansch 10 nicht geschwächt werden.
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Wie in 1 gezeigt,
ist die Motorwelle 20 mit dem Rotor 18 darauf über die
beiden Lager 26, 28 einseitig in dem Flansch 10 eingespannt,
so daß der Rotor 18 gut
zugänglich
ist. Dies führt
jedoch zu den eingangs beschriebenen Problemen der Auleenkung des
freien Endes 54 der Welle 20 aufgrund einer Summierung
der Toleranzen des radialen Spiels der Lager und der Lagersitze.
Zusätzlich
kann eine seitliche Beanspruchung der Welle und des Flansches die radiale
Aullenkung noch verstärken.
Die radiale Ablenkung der Welle 20 an ihrem freien Ende 54 kann so
groß werden,
daß eine
zuverlässige
Erfassung der Drehlage an dieser Stelle nicht mehr gewährleistet ist.
Es wird daher vorgeschlagen, die Sensorvorrichtung 46 im
Bereich des Flansches 10 zwischen den beiden Lagern 26, 28 unterzubringen,
wo die radiale Auslenkung der Welle 20 am geringsten ist.
Nicht nur ist die mechanische Lagerung des Sensors zwischen den
Lagern 26, 28 am stabilsten, in diesem Bereich sind
aus den erläuterten
Gründen
auch die Temperaturschwankungen am geringsten.
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2 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung der Anordnung aus dem Flansch 10 und
der Rotorbaugruppe 18, die weitgehend einer vergrößerten Teilansicht
der 1 entspricht. Der
Stator 12 und der Gehäusedeckel 32 sind
in dieser Darstellung weggelassen. Gleiche oder entsprechende Teile
sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht nochmals
beschrieben.
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In der Darstellung der 2 ist insbesondere das Lagerspiel
der Lager 26, 28 zu erkennen, das zu einer radialen
Auslenkung der Welle 20 führen kann.
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Ferner ist das Flachbandkabel 50 mit
weiteren Einzelheiten dargestellt. Dieses Flachbandkabel 50 verbindet
die Sensorvorrichtung 46 mit Anschlüssen in dem Gehäusedeckel 32.
Es führt
von der Sensorvorrichtung 46 durch die schräge Bohrung 52 zwischen
dem Flansch 10 und der Phasenwicklung 16 des Stators
(in 2 nicht gezeigt)
hindurch und erstreckt sich entlang des Außenumfangs des Stators 12 (in 2 nicht gezeigt).
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3 zeigt
schematisch eine perspektivische Darstellung eines Statorkörpers, beispielsweise des
Statorkörpers 14 aus 1. Der Statorkörper 14 ist
aus mehreren übereinander
geschichteten, verpreßten
Statorblechen aufgebaut, die in 3 nicht im
einzelnen dargestellt sind. Alternativ kann der Statorkörper auch
aus einem einzelnen Bauteil hergestellt sein.
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Im Stand der Technik ist das runde
Motorgehäuse 30,
siehe auch 4, vollständig von
dem Stator mit den Phasenwicklungen ausgefüllt, wobei die Außenseite
des Statorkörpers 14 an
dem Innendurchmesser des Gehäuses 30 anliegt
oder nur einen geringen radialen Abstand zu dieser hat. Zur Führung des
Flachbandkabels zwischen der Außenseite
des Statorkörpers 14 und
dem Innendurchmesser des Gehäuses 30 ist
der Statorkörper
wie in 3 gezeigt gestaltet.
Der Statorkörper 14 ist
vorzugsweise aus mehreren übereinander
geschichteten Statorblechen aufgebaut und hat grundsätzlich einen
zylindrischem Durchmesser 60. Der zylindrische Durchmesser 60 dient
der zentrischen Führung des
Statorkörpers 14 im
zylindrischen Gehäuse 30, wie
in 4 gezeigt. Der Außenumfang
des Statorkörpers 14 weist
ferner Abflachungen 62 und Schweißnuten 64 zur Verbindung
mit dem Gehäuse 30 auf.
In 3 sind ferner Zapfenverbindungen 66 angedeutet,
die ebenfalls der Befestigung des Statorkörpers 14 innerhalb
des Motorgehäuses
dienen.
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Wie in 4 gezeigt,
ist zwischen jeder Abflachung 62 und dem Innendurchmesser
des Motorgehäuses 30 eine
Aussparung oder ein Raum zur Durchführung des Flachbandkabels 50 gebildet.
Die Abflachungen 62, Schweißnuten 64 und Zapfenverbindungen 66 sind
auf dem Umfang des Statorkörpers 14 gleichmäßig verteilt.
Um den magnetischen Fluß so
wenig wie möglich
zu beeinflussen, sind die Abflachungen vorzugsweise immer gegenüber einem
Polpaar des Stators angeordnet, weil hier die Flußdichte
minimal ist. In der Praxis wird es durch eine gleichmäßige Verteilung
der Abflachungen 62 und Schweißnuten 64 auf dem
Umfang des Statorkörpers 14 möglich, eine
verdrehte Stanzpaketierung von Statorblechen zu realisieren, indem
die Abflachungen 62 und Schweißnuten 64 mit derselben Winkelteilung
wie der Verdrehwinkel bei der Paketierung angeordnet werden. Aus
einer verdrehten Stanzpaketierung ergeben sich die im Stand der Technik
an sich bekannten Vorteile der gleichmäßigen Verteilung der Walzrichtung
der Statorbleche und somit eine gleichmäßige Dicke und Flußverteilung
im Statorkörper.
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Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung
des Statorkörpers 14 wird
eine einfach zu realisierende Führung
für ein
Flachbandkabel zwischen Statorkörper 14 und
Gehäuse 30 geschaffen.
Die auf dem Umfang des Statorkörpers 14 verteilten
mehreren Abflachungen 62 haben neben der Sicherstellung
einer gleichmäßigen Flußverteilung
den Vorteil, daß beim Einbau
des Stators 12 in den Flansch 10 und das Motorgehäuse 30 dessen
Winkellage relativ zu der Bohrung 50 im Flansch 10 relativ
unkritisch ist, weil das Flachbandkabel 50 bei jeder der
Abflachungen 62 am Stator vorbeigeführt werden kann.
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Selbstverständlich liegt es auch im Bereich der
Erfindung, eine entsprechende, für
die Durchführung
des Flachbandkabels 50 geeignete Ausnehmung an der Innenseite
des Motorgehäuses 30 vorzusehen.
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Ein Sensorhalter und seine Fixierung
an dem Motorflansch 10 ist in den 5 bis 7 schematisch dargestellt. 5 zeigt eine Trägerplatte 70 zur
Befestigung des Sensors der Sensorvorrichtung 46, der auf
einem Ende des Flachbandkabels 50 aufgebracht ist. Die
Trägerplatte 70 weist
Zapfen 72 zur Aufnahme des Sensors auf, die beispielsweise
in die Trägerplatte 70 eingepreßt sein
können.
Ferner umfaßt
die Trägerplatte 70 auf
ihren beiden Längsseiten Quetschsicken 74 zur
Montage und Halterung der Trägerplatte 70 in
dem Motorflansch 10, wie unten näher erläutert ist.
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6 und 7 zeigen die Trägerplatte 70 mit dem
darauf montierten Sensor 46 in ihrer Einbaulage in dem
Flansch 10, wobei zur Veranschaulichung Teile des Flansches
weggebrochen sind. Wie in den 6 und 7 dargestellt, ist der Sensor 46 auf
einem Ende des Flachbandkabels 50 angeordnet und mit diesem
beispielsweise verlötet.
Das Ende des Flachbandkabels 50 mit dem Sensor 46 darauf
ist über
die Zapfen 72 auf der Trägerplatte 70 befestigt.
Die Trägerplatte 72 wird
in eine Tasche oder Führungsnut 76, 76' eingeschoben,
die an dem Flansch 10 ausgebildet ist. Dabei ist die Trägerplatte 70 mit
ihren Seitenrändern,
an denen Quetschsicken 74 ausgebildet sind, in die Tasche 76, 76' fest eingepreßt. Beim
Einschieben der Trägerplatte 70 in
die Tasche 76, 76' verformen
sich die Quetschsicken 74 und stellen somit einen festen
Sitz der Trägerplatte 70 in
dem Flansch 10 sicher. Das Flachbandkabel 50 wird
durch die Bohrung 52 aus dem Flansch 10 herausgeführt.
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Die Trägerplatte 70 kann
beispielsweise aus einem Stahlblech hergestellt werden, wobei die
Zapfen 72 und die Quetschsicken 74 durch Pressen
des Bleches gebildet werden. Die Trägerplatte 70 wird vorzugsweise
als ein Stanz-Biegeteil hergestellt. Das Flachbandkabel 50 mit
dem Sensor 46 darauf wird mit den Zapfen 72 beispielsweise
durch Nieten verbunden. Zur Zugentlastung kann es mit einer zusätzlichen
Scheibe auf der Trägerplatte 70 gesichert
werden.
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Mit der beschriebenen Lösung zur
Positionierung und Halterung der Sensorvorrichtung 46 wird eine
sehr einfache, lagegenaue und spielfreie, dauerhafte Befestigung
eines Sensors zur Kommutierung von bürstenlosen Gleichstrommotoren
erreicht. Dadurch werden die im Stand der Technik bisher üblichen
aufgeschraubten Leiterplatten zur Aufnahme von Sensoren abgelöst.
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8 und 9 zeigen eine perspektivische Draufsicht
sowie eine perspektivische Unteransicht des Gehäusedeckels 32, welcher
das Motorgehäuse 30 dicht
abschließt
und die notwendigen Anschlüsse für Stromversorgung
und Signalleitungen bereitstellt. Der Gehäusedeckel ist als eine Stirnkappe 32 ausgebildet
und weist einen Stecker/Buchsenabschnitt 80 für die Stromversorgungsleitungen
sowie einen Stecker/Buchsenabschnitt 82 für Signalleitungen
auf. Diese sind einteilig mit einem scheibenförmigen Deckel 84 hergestellt.
In dem Stecker/Buchsenabschnitt 80 sind drei Anschlußstifte 86 zur
Verbindung der Versorgungsleitungen mit den Phasenwicklungen vorgesehen.
Der Stecker/Buchsenabschnitt 82 weist seinerseits eine
Reihe Anschlußpins 88,
bei der gezeigten Ausführungsform 16 Anschlußpins, für Signalleitungen
auf. Während 8 die Außen- oder Oberseite des Gehäusedeckels 32 zeigt,
die im montierten Zustand außerhalb
des Motors liegt, ist in 9 die
Innen- oder Unterseite des Geshäusedeckels 32 gezeigt,
wobei die gleichen Komponenten mit denselben Bezugszeichen bezeichnet
sind.
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An der Innenseite des Gehäusedeckels 32 sind
die Anschlußstifte 86 für die Phasenwicklungen zu
sehen sowie Bohrungen 90 zur Aufnahme von Signalleitungen,
welche den Anschlußpins 88 des
Stecker/Buchsenabschnitts 82 entsprechen. An der Innenseite
des Gehäusedeckels 32 ist
ferner eine Halterung 92 für ein elektromechanisches Bauteil,
insbesondere ein Leistungs-Schaltbauteil, wie ein Relais, vorgesehen.
Diese Halterung 92 ist ebenfalls einstückig mit dem scheibenförmigen Deckel 84 und
den Stecker/Buchsenabschnitten 80, 82 des Gehäusedeckels 32 ausgebildet.
In 3 ist ferner ein
aufgepreßter
Massekontakt 94, der als ein Stanz-Biegeteil ausgebildet
ist, dargestellt.
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Um den Aufwand für Abdichtungen zwischen dem
Elektromotor und dem Gehäusedeckel
des Elektromotors sowie im Bereich der Anschlüsse zu minimieren, wird ein
Gehäusedeckel
vorgeschlagen, in dem sämtliche
elektrische Verbindungen, für
Phasenwicklungen und Signalleitungen, über Steckverbindungen hergestellt
werden und die zugehörigen Stecker/Buchsenabschnitte 80, 82 integral
mit dem Gehäusedeckel
ausgebildet sind. Dadurch kann die Abdichtung auf eine Dichtung
am Umfang des Gehäusedeckels
reduziert werden und somit die Zuverlässigkeit der Abdichtung verbessert
werden. Integral mit dem Gehäusedeckel
ausgebildet ist ferner die Halterung 92 für ein Leistungs-Schaltbauteil,
insbesondere ein Relais 96. Dadurch wird der Aufwand für die Montage
weiter reduziert. Zusätzlich
können
in den Gehäusedeckel
weitere Funktionen, wie die Halterung und Fixierung weiterer Motorkomponenten,
integriert werden.
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Bei der gezeigten Ausführungsform
ist der Gehäusedeckel
als Stirnkappe 32 ausgeführt, die vorzugsweise durch
Spritzgießen
als ein integrales Bauteil hergestellt wird.
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10a bis 10c und 11a bis 11c zeigen schematisch
eine erste und eine zweite Ausführungsform
zur Verbindung des Gehäusedeckels 32 mit
dem Motorgehäuse 30,
wobei 10c eine vergrößerte Teilansicht
der 10b und 11c eine vergrößerte Teilansicht
der 11b, jeweils im
Bereich des mit X gekennzeichneten Kreises, ist.
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Zur Abdichtung und gleichzeitiger
Verklebung von Motorgehäuse 30 und
Gehäusedeckel 32 wird
zwischen einer Fläche 100 des
Motorgehäuses und
einer daran angrenzenden Fläche 102 des
Gehäusedeckels
ein Hohlraum 104 gebildet. Bei der gezeigten Ausführungsform
ist der Hohlraum 104 durch eine ringförmige Vertiefung oder Nut am
Außenumfang
des Gehäusedeckels 32 gebildet,
der in das Motorgehäuse 30 eingesetzt
ist. Eine ähnliche
ringförmige
Vertiefung könnte
alternativ oder zusätzlich
am Innenumfang des Gehäuses 30 gebildet
sein. In der Gehäusewand
ist wenigstens eine Öffnung 106 eingebracht,
die beispielsweise als Senkbohrung ausgeführt ist. Zur Verbindung und
Abdichtung der beiden Teile 30, 32 wird über die Öffnung 106 ein
Kunststoff mit Dicht- und Klebefunktion in den ringförmigen Hohlraum 104 eingespritzt.
Der Hohlraum 104 bildet einen Kanal, und das im flüssigen Zustand
eingespritzte Material fließt
entlang dieses ringförmigen Kanals
bis dieser vollständig
ausgefüllt
ist. Als Material können
beispielsweise thermoplastische Elastomere oder Zweikomponentenkleber
auf PU-Basis verwendet werden. Nach Verfestigung des Werkstoffs
ist die Verbindung von Gehäuse 30 und
Gehäusedeckel 32 entlang
der Verbindungsstelle mechanisch belastbar und gleichzeitig abgedichtet.
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Die beste Verbindung wird an aneinander
angrenzenden Flächen
erreicht, auf die eine Scherbelastung wirkt. Das beschriebene Verfahren
läßt sich jedoch
auch auf Dichtflächen
in verschiedenen Ebenen sowie zur Verbindung von mehr als zwei Gehäuseteilen
anwenden. Über
einen Angußpunkt
und einen geeigneten weiteren Kanal kann hierzu die Verbindungs- und Dichtmasse zu
weiteren Dichtungsflächen
geleitet werden (in den Figuren nicht gezeigt).
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Bei der Wahl des Werkstoffs zur Herstellung der
Verbindung und Abdichtung der beiden Bauteile muß beachtet werden, daß diese
aus unterschiedlichem Material, wie Metall oder Kunststoff, bestehen können und
der Werkstoff mit sämtlichen
Materialien eine dichte Verbindung eingehen maß. In der Praxis sollte ferner
zusätzlich
zu der Einspritzöffnung 106 wenigstens
eine Entlüftungsöffnung für das Dichtungsmaterial
vorgesehen werden.
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Die beschriebene Einrichtung zum
Verbinden und Abdichten von zwei Bauteilen kann überall dort zum Einsatz kommen,
wo eine mechanische Verbindung von zwei Flächen unter gleichzeitiger Abdichtung
notwendig ist. Insbesondere wird sie angewendet auf den beschriebenen
Elektromotor zur Verbindung des Gehäusedeckels mit dem Motorgehäuse oder
des Motorgehäuses
mit dem Flansch. Bei Verwendung des Motors in einem Kraftfahrzeug,
z.B. als Hilfsmotor für
die Lenkung oder zum Antreiben der Kühlwasserpumpe, ist dadurch
sichergestellt, daß der
Motor gegen Umwelteinflüsse,
wie Spritzwasser und andere Verschmutzungen, geschützt ist.
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12 und 13 zeigen schematisch in
perspektivischer bzw. geschnittener Ansicht eine Einrichtung zur
Herstellung einer axialen Sicherung an einer Welle und 14 zeigt die bearbeitete
Welle.
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12 zeigt
schematisch eine Welle 20 mit einem Rotor 18,
der auf der Welle montiert ist. In der Welle 20 ist eine
ringförmige
Nut 110 ausgebildet, wie auch in 14 dargestellt. Ein Halterangs- und Führungsblock 112 dient
zum Halten der Welle 20 und Führen eines Verformungswerkzeuges 114,
z.B. ein Stempel. Mit dem Verformungswerkzeug 114, das
in der gezeigten Pfeilrichtung bewegt wird, wird entlang einer Kante
der Nut 110 Material aus der Welle durch räumlich begrenzte
plastische Verformung zu einem formschlüssigen Anschlag 116 (siehe 14) aufgeworfen.
-
Dieser formschlüssige Anschlag 116 dient als
ein axialer Anschlag zum Montieren von Bauteilen auf der Welle.
Der Anschlag wird mit minimalem Materialeinsatz und Aufwand für zusätzliche
Teile realisiert. Dies stellt eine erhebliche Verbesserung gegenüber dem
Stand der Technik dar. Aus dem Stand der Technik sind mehrere Arten
der formschlüssigen Definition
axialer Lagerpositionen bekannt. Beispielsweise kann an einem Drehteil
ein Absatz hergestellt werden, der eine axiale Verschiebung verhindert.
Es ist auch bekannt, einen Sicherungsring in eine Nut einzurasten.
Die bekannten Methoden erfordern jedoch üblicherweise wenigstens die
Verwendung mehrerer Bauteile oder ein Ausgangsmaterial für die Welle,
das einen größeren Durchmesser
als der Enddurchmesser der Welle hat. Mit der beschriebenen Methode
werden an der Welle formschlüssige
Anschläge
für ein
auf der Welle zu montierendes Bauteil gebildet, ohne zusätzliche
Bauteile oder eine Welle mit einem größeren Ausgangsdurchmesser zu
benötigen.
Das Verfahren hat ferner den Vorteil, daß die Anschläge auch
dann ausgebildet werden können, wenn
auf der Welle bereits in einem früheren Arbeitsgang montierte
Komponenten vorhanden sind. Bei diesen Komponenten kann es sich
sogar um empfindliche Bauteile, wie Kugellager oder Magnetringe, handeln.
-
15 zeigt
schematisch die Welle 20 mit dem Rotor 18 und
den an der Welle ausgebildeten Anschlägen 116, die zur axialen
Positionierung eines Kugellagers 118 dienen.
-
Die in der vorstehenden Beschreibung,
den Ansprüchen
und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch
in beliebiger Kombination für
die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen
von Bedeutung sein.
-
- 10
- Grundplatte,
Flansch
- 12
- Stator
- 14
- Statorkörper
- 16
- Phasenwicklungen
- 18
- Rotor
- 20
- Welle
- 22
- Rotormagnet
- 24
- Eisenrückschluß
- 26,
28
- Wälzlager
- 30
- Motorgehäuse
- 32
- Gehäusedeckel,
Stirnkappe
- 34,
36
- Anschlußbuchse
- 38
- Anschlußstift
- 40
- Wicklungen
- 42
- Relaishalter
- 44
- Schaltrelais
- 46
- Sensorvorrichtung
- 48
- Signalgeber
- 50
- Flachbandkanal
- 52
- Bohrung
- 60
- Durchmesser
- 62
- Abflachungen
- 64
- Schweißnuten
- 66
- Zapfenverbindungen
- 70
- Trägerplatte
- 72
- Zapfen
- 74
- Quetschsicken
- 76,
76'
- Tasche,
Nuten
- 80,
82
- Stecker/Buchsenabschnitt
- 84
- Deckel
- 86
- Anschlußstift
- 88
- Anschlußpin
- 90
- Bohrungen
- 92
- Halterung
- 94
- Massekontakt
- 100,
102
- Fläche
- 104
- Hohlraum
- 106
- Öffnung
- 110
- Nut
- 112
- Halterungs-
und Führungsblock
- 114
- Verformungswerkzeug,
Stempel
- 116
- Anschlag
- 118
- Kugellager