DE10352240A1

DE10352240A1 - Elektromotor

Info

Publication number: DE10352240A1
Application number: DE10352240A
Authority: DE
Inventors: Rico Lampert; Diyap Bueyuekasik; Tarek Mili
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-07-29
Filing date: 2003-11-08
Publication date: 2005-02-24
Also published as: DE10353032A1

Abstract

Elektromotor (10), insbesondere zum Verstellen beweglicher Teile im Kraftfahrzeug, mit mindestens zwei, eine radiale Oberfläche (28) aufweisenden Permanentmagneten (16), die Bestandteil eines Stators (17) oder eines Rotors (26) sind, und einem magnetischen Rückschlusselement (20), das in Umfangsrichtung entlang der Oberflächen (28) der Permanentmagnete (16) angeordnet ist, wobei das Rückschlusselement (20) mindestens zwei Teile (32, 34) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere zum Verstellen beweglicher Teile im Kraftfahrzeug, nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.

Mit der EP 11 71 680 ist ein elektromotorischer Antrieb für Fensterheber oder Schiebedächer im Kraftfahrzeug bekannt geworden, dessen Motorgehäuse einen Poltopf und ein Getriebegehäuse aufweist. Der Poltopf ist hierbei einstückig, als tiefgezogenes, abgeflacht zylindrisches Rohr ausgeformt, an dessen Innenwand die Permanentmagneten des Stators befestigt sind. Dabei wirkt der metallische Poltopf als einstückiges magnetisches Rückschlusselement, das das den Rotor durchdringende Magnetfeld zwischen den Permanentmagneten verstärkt. Ein solcher Poltopf eignet sich für die axiale Montage der Ankerwelle in das Motorgehäuse, das hier zu einem Teil durch den Poltopf gebildet ist. Soll die Ankerwelle und die Permanentmagnete und das Rückschlusselement hingegen einzelnen radial in ein Motorgehäuse montiert werden, ist dies mit einem solch einstückigen Poltopf nicht möglich.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Elektromotor mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass aufgrund der mehrteiligen Ausbildung des Rückschlusselements dieses radial zerlegt werden kann, um beispielsweise die Permanentmagneten und die Ankerwelle mit dem Rotor radial zu montieren. Die Entkopplung der bisherigen Funktion des Poltopfes als Gehäuse und als Rückschlusselement bietet eine breite Variation an Materialauswahl und Fertigungsmethoden für das Gehäuse und die Rückschlusselemente, so dass beispielsweise die relativ teure Fertigung des Poltopfes als Tiefziehteil entfällt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Werden die einzelnen Teile des Rückschlusselements derart angeordnet, dass zwischen diesen ein Schlitz entsteht, können die einzelnen Rückschlussteile innerhalb eines sehr großen Toleranzbandes gefertigt und montiert werden. Durch die Anordnung eines solchen Spaltes zwischen dem magnetisch leitenden Material erhöht sich gleichzeitig das Anzugsmoment des Elektromotors, wodurch bei gleicher Baugröße eine größere Leistung zur Verfügung steht.

Ist der Schlitz zwischen den magnetischen Rückschlussteilen über deren gesamte axiale Länge ausgebildet, können die Rückschlussteile einfach als Halbschalen, oder Schalensegmente ausgebildet werden, welche eine radiale Montage erleichtern. Außerdem erhält man dadurch über die gesamte axiale Länge eine gleichmäßige Erhöhung des Anzugsmoments.

Besonders günstig ist es, den Spalt zwischen den Rückschlussteilen derart anzuordnen, dass dieser in etwa mittig zur radialen Oberfläche der Magnetsegmente zu liegen kommt, da in diesem Bereich der magnetische Fluss am geringsten ist, und daher der Motorfluss zwischen den Permanentmagneten kaum abnimmt. Andererseits blockiert ein solcher Schlitz das Ankerquerfeld derart, dass sich entsprechend das Drehmoment des Ankers erhöht.

Weist der Spalt eine Breite zwischen etwa 1 und 5 mm auf, so überwiegt in diesem Bereich der Effekt des blockierten Ankerquerfeld gegenüber der Verringerung des Motorflusses durch den Schlitz. Dadurch wird in diesem Bereich eine nennenswerte Erhöhung des Anzugsmoments des Motors erzielt. Ein Optimum der Drehmomenterhöhung des Ankers stellt sich bei einer Schlitzbreite von ungefähr 3 mm ein.

Der Effekt der Drehmomenterhöhung ist bei der Verwendung von zwei zylindermantelsegmentförmigen Permanentmagnete besonders stark ausgeprägt, wobei hier die Lagerung und Justierung der Magnete und der Rückschlussteile um den als Innenläufer ausgebildeten Rotor prozessgünstig durchgeführt werden kann.

Sind die Teile des Rückschlusselements als Schalenelemente mit einer ebenen Boden- oder Deckelfläche ausgebildet, können diese günstig im Motorgehäuse gelagert, und die Bauhöhe des Elektromotors reduziert werden.

Besonders kostengünstig können die einzelnen Teile des Rückschlusselements als Stanz-Biegeteile gefertigt werden, wobei an das verwendete Blech aufgrund des Fertigungsverfahrens keine hohen Materialanforderungen gestellt werden, außer dass das Blech einen entsprechenden Anteil magnetischen Metalls, insbesondere Eisen enthält.

Durch die Verwendung eines Rückschlusselements mit mindestens zwei Teilen, die einfach in einem kostengünstigen, mittels Kunststoff-Spritzgussverfahren, gefertigten Motorgehäuse gelagert werden können, entfällt die Fertigung eines relativ kostenintensiven Poltopfes im Tiefzieh-Verfahren.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors mit mindestens zwei Permanentmagneten, die mittels eines mehrteiligen Rückschlusselements gekoppelt sind, mit den Merkmalen des Anspruchs 10 hat den Vorteil, dass die einzelnen Komponenten des Elektromotors, wie die fertig montierte Ankerwelle, die Permanentmagneten und das Rückschlusselement in zeitlicher Abfolge radial in einem mindestens zweiteiligem schalenförmigen Gehäuse des Elektromotors eingesetzt und fixiert werden können. Dadurch entfällt die axiale Montage der Ankerwelle in einen Poltopf und das axiale Anflanschen des Poltopfs an ein Getriebegehäuse. Somit kann – abgesehen von der Ankerfertigung – der gesamte Elektromotor in einer einzigen Montagerichtung montiert werden. Durch die Ausbildung eines Spalts zwischen den vorzugsweise zwei Rückschlussteilen, werden an deren Herstellung und Bestückung keine hohe Genauigkeitsanforderungen gestellt, wodurch Fertigungskosten gespart werden. Des weiteren wird durch die Ausbildung eines Spalts zwischen den Rückschlussteilen das Drehmoment des Ankers erhöht.

Bei einem solchen Herstellungsverfahren ist es von Vorteil, die einzelnen Teile des Rückschlusselements, sowie die Permanentmagneten direkt im Motorgehäuse anzuordnen, wobei die Einzelteile wahlweise alle in einem ersten Gehäuseteil, oder in Kombination mit einem zweiten Gehäuseteil fixiert werden.

Zeichnungen
In der Zeichnung sind verschiedene Darstellungen der Erfindung anhand eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
1 ein Schnitt durch ein Poltopf gemäß dem Stand der Technik,
2 schematisch den Verlauf der Magnetfeldlinien,
3 und 4 einen Schnitt und eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Rückschlusselements,
5 eine Gesamtdarstellung eines erfindungsgemäßen Elektromotors mit eingebautem Rückschlusselement, und
6 ein Diagramm der Drehmomenterhöhung gegenüber der Spaltbreite.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt den Schnitt durch einen herkömmlichen Elektromotor 10, bei dem der Poltopf 12 als Teil des Gehäuses 14 des Elektromotors 10 ausgebildet ist. Dabei sind innerhalb des Poltopfs 12 zwei schalenförmige Permanentmagnete 16 mittels Klemmelementen 18 fixiert, wobei der Poltopf 12 hier gleichzeitig ein einteiliges Rückschlusselement 20 für die beiden Permanentmagnete 16 bildet.
In 2 ist schematisch der magnetische Fluss über den gesamten Querschnitt des Elektromotors 10 dargestellt. Zwischen den beiden Permanentmagneten 16 verlaufen Feldlinien 22 innerhalb eines auf einer Ankerwelle 24 angeordneten Rotors 26. Im radial äußeren Bereich verlaufen die Feldlinien 22 verstärkt innerhalb eines angedeuteten magnetischen Rückschlusselements 20. Dabei weisen die Permanentmagneten 16 an ihren radial äußeren Oberflächen 28 einen in Umfangsrichtung mittleren Bereich 30 auf (markiert mittels Pfeil 31), an dem die Feldlinien 22 stark divergieren und der magnetische Fluss daher in diesem Bereich 30 am geringsten ist.
In 3 ist das erfindungsgemäße magnetische Rückflusselement 20 zweiteilig mit einem ersten Teil 32 und einem zweiten Teil 34 ausgebildet und bildet zusammen mit den Permanentmagneten 16 einen Stator 17. Die Rückflussteile 32 und 34 liegen an der radialen Oberfläche 28 der Permanentmagnete 16 an und bilden zwischen den Permanentmagneten 16 jeweils einen abgeflachten, ebenen Bereich 36, wodurch der Durchmesser 38 des Rückschlusselements 20 entlang einer Vorzugsrichtung 40, die beispielsweise der Bauhöhe des Elektromotors 10 entspricht, reduziert wird. Im Bereich 30 des geringsten magnetischen Flusses, der in 2 und 3 mittels eines Pfeils 31 markiert ist, weist das zweiteilige magnetische Rückschlusselement 20 einen Spalt 42 auf, dessen Breite 44 in etwa 3 mm beträgt. Die beiden Rückschlussteile 32 und 34 sind als Biege-Stanz-Teile mit geringen Anforderungen an deren Maßgenauigkeit gefertigt, da die beiden Spalte 42 als Toleranzausgleich dienen.
In 4 ist das Ausführungsbeispiel der 3 perspektivisch dargestellt, wobei erkennbar ist, dass sich die Spalte 42 zwischen den beiden Rückschlussteilen 32 und 34 über die gesamte axiale Länge 46 derselben erstrecken. Das erste Rückschlussteil 32 bildet praktisch eine untere Halbschale 32, in die die beiden Permanentmagnete 16 eingesetzt werden und mit dem zweiten Rückschlussteil 34 als zweite Halbschale 34 abgedeckt werden. Somit umschließt das mehrteilige Rückschlusselement 20 die schalenförmige Magneten 16 über den gesamten Umfang, mit Ausnahme der Spalte 42.
5 zeigt eine Getriebe-Antriebseinheit 50, zum Verstellen eines beweglichen Teils, beispielsweise Fensterscheiben oder Schiebedächer im Kraftfahrzeug, bei dem das Gehäuse 14 des Elektromotors 10 in ein Getriebegehäuse 52 der Getriebe-Antriebseinheit 50 integriert ist. Das Gehäuse 14 bzw. 52 ist hierbei als Kunststoff-Spritzgussteil mit einem unteren ersten Gehäuseteil 56 und einem zweiten schematisch dargestellten, als Deckel ausgebildeten zweiten Gehäuseteil 57 ausgebildet. Zur Montage des Elektromotors 10 wird zuerst das erste Rückschlussteil 32 in das erste Gehäuseteil 56 eingelegt und anschließend die beiden schalenförmige Permanentmagnete 16 zusammen mit dem Rotor 26 in das erste Rückschlussteil 32 eingesetzt. Dabei wird die Ankerwelle 24 des Rotors 26, auf der ein Getriebeelement 58 angeordnet ist, in dem Gehäuseteil 56 gelagert. Daraufhin wird das zweite magnetische Rückschlussteil 34 auf die Magnete 16 aufgesetzt und im Gehäuse 56 positioniert. Dabei können alle Motor-Komponenten 17, 24, 26, 16, 20 zusammen mit weiteren Getriebebauteilen 60, wie beispielsweise einer Schneckenwelle 62, einem Schneckenrad 64 und einem Abtriebsritzel 66 radial zur Ankerwelle 24 montiert werden. Desweiteren kann eine Elektronikeinheit 68 mit einer Positionserfassung 70 und elektrischen Anschlüssen 72 radial montiert werden, bevor das erste Gehäuseteil 56 mit dem zweiten Gehäuseteil 57 als Deckel verschlossen – beispielsweise verrastet – wird. Im Ausführungsbeispiel nach 5 weist das erste Gehäuseteil 56 Halteelemente 74 für das erste Rückschlussteil 32 und für die Permanentmagneten 16 auf, das zweite Rückschlussteil 34 wird hingegen erst bei der Montage des zweiten Gehäuseteils 57 durch eine Verspannung der beiden Rückschlussteile 32, 34 gegen die Permanentmagnete 16 und gegen die beiden Gehäuseteile 56, 57 in Richtung 40 fixiert. Die Rückschlussteile 32, 34 weisen an ihren axialen Enden eine Aussparung 76 auf, in die zur Fixierung der Permanentmagnete 16 und/oder der Rückschlussteile 32, 34 Befestigungsteile der Gehäuseteile 56, 57 greifen.
6 zeigt ein Diagramm, bei dem die Erhöhung des Anzugsmoments M des Elektromotors 10 gegenüber einer Variation der Spaltbreite 44 aufgetragen ist. Bei einer Vergrößerung des Spalts 44 nimmt der magnetische Fluss zwischen den Permanentmagneten 16 ständig ab, wobei gleichzeitig mit steigender Spaltbreite 44 das Ankerquerfeld zunehmend an einer Drehung gehindert wird. Durch die Überlagerung dieser beiden gegenläufigen Effekte stellt sich eine Steigerung des Drehmoments des Ankers – mit einem relativ breit ausgeprägten Maximum 80 im Bereich zwischen 1 mm und 5 mm – ein, woraus eine optimale Spaltbreite 44 von etwa 3 mm resultiert.
Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und der Beschreibung dargestellten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann insbesondere in einer weiteren Variation die Anzahl der Permanentmagnete 16 mehr als zwei, beispielsweise vier betragen, wodurch sich ebenfalls die Anzahl der Rückschlussteile 32, 34 entsprechend erhöhen kann. Prinzipiell ist die Erfindung nicht auf einen als Innenläufer ausgebildeten Rotor 26 beschränkt, sondern es können auch Permanentmagnete 16 auf einem rohrförmig ausgebildeten mehrteiligen Rückschlusselement 20 mit axialen Schlitzen 42 angeordnet sein. Die Rückschlussteile 32, 34 sind vorzugsweise als separate metallische Blechteile ausgebildet, können aber auch als magnetisch leitfähige Kunststoff-Teile und/oder als in die Gehäuseteile 56, 57 integrierte Bauteile ausgebildet sein. Als Medium in den Spalten 42 ist im Ausführungsbeispiel Luft verwendet, es können aber prinzipiell auch andere magnetisch nicht leitfähigem Material verwendet werden, wobei die Luftspalte 42 den Vorteil der toleranzbehafteten Fertigung und Montage der Rückschlussteile 32, 34 bieten. Die Breite der Spalte kann dabei den konkreten Bauformen und Magnetstärken der Permanentmagnete angepasst werden und dann auch weniger als 1 mm und mehr als 5 mm betragen. Das Motorgehäuse 14 kann alternativ auch aus Metall hergestellt werden und bezüglich seiner Aufnahme von verschiedenen Elektronik- oder Getriebebauteilen 68, 60 eine beliebige Form annehmen, wobei vorzugsweise zumindest die Ankerwelle 24 komplett im Gehäuse 14, 52 gelagert ist. Die Anwendung des Elektromotors 10 ist nicht auf die Verstellung beweglicher Teile beschränkt und kann beispielsweise auch für Gebläse oder Pumpen eingesetzt werden.

Claims

Elektromotor (10), insbesondere zum Verstellen beweglicher Teile im Kraftfahrzeug, mit mindestens zwei, eine radiale Oberfläche (28) aufweisende Permanentmagneten (16), die Bestandteil eines Stators (17) oder eines Rotors (26) sind, und einem magnetischen Rückschlusselement (20), das in Umfangsrichtung entlang der Oberflächen (28) der Permanentmagnete (16) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlusselement (20) mindestens zwei Rückschlussteile (32, 34) aufweist.
Elektromotor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den mindestens zwei Rückschlussteilen (32, 34) mindestens ein Spalt (42) angeordnet ist.
Elektromotor (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Spalt (42) über die gesamte axiale Länge (46) des Rückschlusselements (20) erstreckt.
Elektromotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (42) näherungsweise in der Mitte (30) der Oberfläche (28) angeordnet ist.
Elektromotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (42) eine Breite (44) in Umfangsrichtung von etwa 1 bis 5 mm, insbesondere etwa 3 mm, aufweist.
Elektromotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (17) mindestens zwei schalenförmige Permanentmagnete (16) aufweist, innerhalb derer der Rotor (26) drehbar angeordnet ist.
Elektromotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Rückschlussteile (32, 34) des Rückschlusselements (20) als zwei abgeflachte Halbschalen (32, 34) ausgebildet sind, die die Permanentmagnete (16) umschließen.
Elektromotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mehrteilige Rückschlusselement (20, 32, 34) als metallisches Stanz-Biege-Blech ausgebildet ist.
Elektromotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mehrteilige Rückschlusselement (20, 32, 34) in einem – insbesondere aus Kunststoff gefertigtem – Gehäuse (14, 52, 56, 57) gelagert ist.
Verfahren zu Herstellen eines Elektromotors (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , mit einem Gehäuse (14, 52, 56, 57) und mindestens zwei Permanentmagneten (16), die mittels eines zwei Rückschlussteile (32, 34) aufweisenden Rückschlusselements (20) gekoppelt sind, gekennzeichnet durch folgende Montageschritte: – das erste Rückschlussteil (32) wird in ein erstes Gehäuseteil (56) des Gehäuses (14, 52) eingesetzt – die Permanentmagnete (16) und der Rotor 26 werden innerhalb des ersten Rückschlussteils (32) positioniert – das zweite Rückschlussteil (34) wird auf die Permanentmagnete (16) aufgesetzt – ein zweites Gehäuseteil 57 des Gehäuses (14, 52) wird über dem zweiten Rückschlussteil (34) angeordnet, um das Gehäuse (14, 52) zu schließen.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlussteile (32, 34) und die Permanentmagnete (16) mittels des ersten Gehäuseteils (56) und/oder des zweiten Gehäuseteils (57) fixiert werden.