DE19900559C1 - Compact electric motor e.g. for vehicle power steering or engine valve adjustment, has rotor shaft provided with section having high heat conduction coefficient for dissipating heat generated by motor - Google Patents
Compact electric motor e.g. for vehicle power steering or engine valve adjustment, has rotor shaft provided with section having high heat conduction coefficient for dissipating heat generated by motorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Gehäuse zur Halterung eines Stators und mit einem drehbar in dem Gehäuse gelagerten Rotor, wo bei der Rotor drehfest mit einer Welle verbunden ist und das Gehäuse an seinen Stirnseiten jeweils ein Lager für die Welle aufweist, wobei die Welle ein Teilstück mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit umfaßt. Weiterhin betrifft die Erfindung vorteilhafte Verwendungen eines solchen Elektromotors.The invention relates to an electric motor with a housing for mounting a stator and with a rotatably mounted rotor in the housing, where when the rotor is connected to a shaft in a rotationally fixed manner and the housing each end has a bearing for the shaft, the shaft comprises a section with a high thermal conductivity. Furthermore, the Invention advantageous uses of such an electric motor.
Solche Elektromotoren werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen zur Steige rung des Komforts häufig eingesetzt und sind damit bekannt. Hierbei wird der Elektromotor meist unterhalb von Verkleidungen wie beispielsweise einer Türverkleidung des Kraftfahrzeuges montiert. Im Betrieb entwickelt der Elek tromotor jedoch Wärme, die, um ein Absinken des Wirkungsgrades des Elektromotors zu vermeiden, aus dem Gehäuse abgeführt werden muß. Die Wärme entsteht hauptsächlich im Bereich einer Spulen/Magnetanordnung des Stators und des Rotors. Das Gehäuse ist zur Ableitung der Wärme in der Regel aus Blech und die Welle aus Metall gefertigt. Such electric motors are used for example in motor vehicles tion of comfort often used and are therefore known. Here will the electric motor mostly underneath panels such as one Door trim of the motor vehicle mounted. In operation, the Elek tromotor, however, heat, in order to decrease the efficiency of the To avoid electric motor must be removed from the housing. The Heat mainly arises in the area of a coil / magnet arrangement of the stator and the rotor. The housing is used to dissipate heat usually made of sheet metal and the shaft of metal.
Nachteilig bei dem bekannten Elektromotor ist, daß er die Wärme meist an dem nach außerhalb des Kraftfahrzeuges beispielsweise zu einem Getriebe geführten Wellenende wesentlich besser ableiten kann als an seinem ge genüberliegenden Ende. Zur Vermeidung des Absinkens des Wirkungsgra des und unnötig hoher Lagertemperaturen muß das dem Getriebe gegen überliegende Ende des Gehäuses aufwendig wärmeableitend gestaltet sein. Zur Wärmeableitung kann dieses Ende des bekannten Elektromotors ein Lagerschild aus Aluminium aufweisen.A disadvantage of the known electric motor is that it mostly turns on the heat to the outside of the motor vehicle, for example, to a transmission can derive guided shaft end much better than at its ge opposite end. To avoid the drop in effectiveness of and unnecessarily high storage temperatures, the gearbox must counteract this Overlying end of the housing can be designed to be heat-dissipating. This end of the known electric motor can be used for heat dissipation Have aluminum end shield.
Aus der DE-PS 7 16 266 ist eine Einrichtung zum Abführen von Wärme aus dem Rotorkern eines Elektromotors bekannt, bei der zwischen der Welle und dem die Wicklung tragenden Kern des Rotors eine Schicht von größerer spezifischer Wärmeleitfähigkeit als sie Eisen oder Stahl besitzt vorgesehen ist, welche außerhalb des Rotors mit einem Ventilator versehen ist. Weiterhin ist aus der AT-PS 15 18 91 eine Einrichtung für elektrische Maschinen zur Sicherung der Lager gegen unzulässige Erwärmung bekannt, bei der die ei ner stärkeren Erwärmung unterworfenen Läuferteile durch Wärmebrücken mit dem die Wärme an die Außenluft abgebenden Maschinengehäuse ver bunden sind. In der DE 197 14 784 ist ein Kompaktantrieb mit einem Motor beschrieben, wobei ein Frequenzumrichter an einer Stirnseite des Motors und ein Getriebe an der anderen Stirnseite des Motors angeordnet sind, wo bei über das Frequenzumrichtergehäuse und/oder eine Basisplatte des Ge triebes Wärme nach außen ableitbar ist. Die DE 28 56 310 nennt schließlich eine elektrische Maschine mit einem eine Wicklung und einen Komutator aufweisenden Läufer, bei dem auf der Welle des Läufers ein die Komutator lamellen tragender Isolierstoffring angeordnet ist.From DE-PS 7 16 266 is a device for dissipating heat the rotor core of an electric motor is known, in which between the shaft and the core of the rotor carrying the winding has a larger layer specific thermal conductivity than that of iron or steel which is provided with a fan outside the rotor. Farther is a device for electrical machines from AT-PS 15 18 91 Securing the camp against inadmissible heating known, in which the egg Runner parts subject to greater heating by thermal bridges with which the machine housing emits the heat to the outside air are bound. DE 197 14 784 describes a compact drive with a motor described, wherein a frequency converter on one end of the motor and a gearbox is arranged on the other end of the engine where when using the frequency converter housing and / or a base plate of the Ge driven heat can be dissipated to the outside. Finally, DE 28 56 310 calls an electrical machine with a winding and a commutator having a rotor, in which on the shaft of the rotor a commutator lamella-bearing insulating ring is arranged.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Elektromotor der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß er besonders kostengünstig herstellbar ist und innerhalb des Gehäuses eine möglichst geringe Temperatur aufweist. Weiterhin soll eine vorteilhafte Verwendung eines solchen Elektromotors ge schaffen werden.The invention is based on the problem of an electric motor at the outset mentioned type so that it can be manufactured particularly inexpensively and has the lowest possible temperature within the housing. Furthermore, an advantageous use of such an electric motor is said to be ge will create.
Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Welle im Bereich eines der Lager ein Teilstück mit einer hohen Wärmeleitfä higkeit und im Bereich des zweiten Lagers ein Teilstück mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit aufweist.The first problem is solved according to the invention in that the Shaft in the area of one of the bearings, a section with a high thermal conductivity ability and in the area of the second bearing a section with a low Has thermal conductivity.
Durch diese Gestaltung läßt sich durch eine entsprechende Anordnung der Teilstücke die Aufheizung eines der Lager vermeiden. Von dem zweiten La ger wird die Wärme meist ohnehin über ein mit dem Getriebe zu verschrau bendes Lagerschild abgeleitet. Hierdurch läßt sich die Temperatur innerhalb des Gehäuses besonders gering halten, so daß der erfindungsgemäße Elektromotor einen besonders hohen Wirkungsgrad aufweist. Da das auf der Seite des Teilstücks mit der geringen Wärmeleitfähigkeit angeordnete Lager nur geringfügig aufgeheizt wird, ist eine aufwendige Ableitung der Wärme aus diesem Bereich nicht erforderlich. Der erfindungsgemäße Elektromotor läßt sich daher besonders kostengünstig fertigen. With this design, a corresponding arrangement of the Avoid partial heating of one of the bearings. From the second La The heat is usually screwed into the gearbox anyway bearing shield derived. This allows the temperature to be within keep the housing particularly low, so that the invention Electric motor has a particularly high efficiency. Since that on the Bearings arranged on the side of the section with the low thermal conductivity is only slightly heated, is a complex dissipation of the heat not required from this area. The electric motor according to the invention can therefore be manufactured particularly inexpensively.
Der Rotor hat häufig eine Wicklung und einen Kollektor zur Versorgung der Wicklung mit elektrischem Strom. Die Temperatur innerhalb des Gehäuses läßt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders gering halten, wenn das die niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisende Teilstück der Welle im Bereich eines den Rotor mit elektrischem Strom versorgenden Kollektors angeordnet ist.The rotor often has a winding and a collector to supply the Winding with electrical current. The temperature inside the case drops themselves according to another advantageous development of the invention keep it low if the section with the low thermal conductivity the shaft in the area of an electric current supplying the rotor Collector is arranged.
Die Wärme läßt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Er findung besonders einfach aus dem Elektromotor ableiten, wenn das die hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisende Teilstück der Welle im Bereich eines aus Me tall gefertigten und zur Befestigung an angrenzenden Bauteilen vorgesehenen Lagerschildes angeordnet ist. Hierbei wird in dem unterhalb einer Verkleidung des Kraftfahrzeuges montierten Elektromotor die Wärme über die mit dem Elektromotor verbundenen Bauteile abgeleitet. Hierdurch wird ein Wärmestau unterhalb der Verkleidung zuverlässig vermieden.The heat can be according to another advantageous development of the Er deriving the invention particularly easily from the electric motor, if that is the high Section of the shaft with thermal conductivity in the area of a made of Me tall manufactured and intended for attachment to adjacent components End shield is arranged. This is done in the underneath a panel of the motor vehicle mounted electric motor the heat with the Electric motor connected components derived. This will cause heat to build up reliably avoided below the cladding.
Zur weiteren Verringerung der Temperatur innerhalb des erfindungsgemäßen Elektromotors trägt es bei, wenn das zur Befestigung an angrenzenden Bau teilen vorgesehene Lagerschild aus Aluminium gefertigt ist.To further reduce the temperature within the invention The electric motor helps when it is attached to an adjacent building share proposed bearing plate is made of aluminum.
Die Welle gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung konstruktiv besonders einfach, wenn die beiden Teilstücke der Welle jeweils aus einem Material mit einer entsprechenden Wärmeleitfähigkeit gefer tigt sind.The shaft is designed according to another advantageous development of the Invention structurally particularly simple if the two sections of the shaft each made of a material with a corresponding thermal conductivity are required.
Die beiden Teilstücke könnten beispielsweise miteinander verschraubt werden. Hierbei sind sehr viele kostenintensive Arbeitsschritte erforderlich. Die Welle läßt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung in großen Stückzahlen besonders kostengünstig fertigen, wenn die beiden Teil stücke stoffschlüssig miteinander verbunden sind.The two sections could be screwed together, for example. This requires a large number of cost-intensive work steps. The wave can be according to another advantageous development of the invention in manufacture large quantities particularly cost-effectively if the two parts pieces are integrally connected.
Die Welle kann gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten aufweisen, wenn sie aus ei nem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit gefertigt ist und wenn das die niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisende Teilstück eine Isolation aufweist. Da hierbei die Teilstücke miteinander verschweißt oder verlötet werden müssen, lassen sich nahezu beliebige Materialien einsetzen. Die Isolation kann bei spielsweise als das Ende der aus Metall gefertigten Welle umschließende Kunststoffhülse gestaltet sein.According to another advantageous development of the invention, the shaft can have particularly different thermal conductivities if they are made of egg nem material is made with a high thermal conductivity and if that low thermal conductivity section has insulation. There the parts have to be welded or soldered together, almost any materials can be used. The insulation can for example as enclosing the end of the shaft made of metal Plastic sleeve can be designed.
Zur weiteren Verringerung der Fertigungskosten für den erfindungsgemäßen Elektromotor trägt es bei, wenn der das schlechtleitende Teilstück der Welle lagernde Bereich des Gehäuses aus Kunststoff gefertigt ist.To further reduce the manufacturing costs for the invention Electric motor contributes when the poorly conductive section of the shaft bearing area of the housing is made of plastic.
Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung einer vorteilhaften Ver wendung eines solchen Elektromotors, wird erfindungsgemäß gelöst als Antrieb für eine elektrische Lenkhilfe eines Kraftfahrzeuges oder auch für einen varai blen Ventiltrieb für die Ventile (insbesondere die Einlaßventile) einer Brenn kraftmaschine. Elektromotoren für elektrische Lenkhilfen werden meist unter halb von Verkleidungen und für variable Ventiltriebe im Motorraum unter der Motorhaube von Fahrzeugen (wodurch es zu Wärmestauungen kommt) ange ordnet und benötigen eine gleichbleibende Leistungsabgabe, die dank der Er findung nicht durch einen Wärmestau beeinträchtigt wird. Da die Wärme aus dem Elektromotor zuverlässig abgeleitet wird, hat er einen gleichbleibenden Wirkungsgrad und daher eine gleichbleibende Leistungsabgabe. The second problem, namely the creation of a beneficial ver use of such an electric motor, is solved according to the invention as a drive for an electric steering aid of a motor vehicle or for a varai blen valve train for the valves (especially the inlet valves) of a burner engine. Electric motors for electric steering aids are mostly under half of cladding and for variable valve trains in the engine compartment under the Bonnet of vehicles (which causes heat build-up) arranges and need a constant power output, which thanks to the Er is not affected by heat build-up. Because the heat is out the electric motor is reliably derived, it has a constant Efficiency and therefore a constant power output.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutli chung ihres Grundprinzips sind zwei davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.The invention permits numerous embodiments. For further clarification Based on their basic principle, two of them are shown in the drawing and are described below.
Diese zeigt inThis shows in
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungs gemäßen Elektromotor, Fig. 1 shows a longitudinal section through a fiction, modern electric motor,
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform des erfindungs gemäßen Elektromotors im Längsschnitt. Fig. 2 shows a further embodiment of the electric motor according to the Invention in longitudinal section.
Die Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Elektromotor mit einem in einem Gehäuse 1 befestigten Stator 2 und mit einem drehbar in dem Gehäuse 1 ge lagerten Rotor 3. Der Stator 2 hat an dem Gehäuse 1 befestigte Magnetschalen 4. Der Rotor 3 hat eine Welle 5 und einen darauf befestigten Rotorkern 6 zur Halterung von Spulen 7. Die Spulen 7 werden über einen Kollektor 8 mit elek trischem Strom versorgt. Ein Ende der Welle 5 ragt aus dem Gehäuse 1 her aus. An diesem Ende läßt sich beispielsweise ein nicht dargestelltes Getriebe eines Lenkkraftverstärkers oder eines Fensterhebers eines Kraftfahrzeuges anschließen. Das Gehäuse 1 hat einen Mantel 9 aus Blech und im Bereich des aus dem Gehäuse 1 herausgeführten Endes der Welle 5 ein Lagerschild 10 aus Aluminium. Das Lagerschild 10, das auch Bestandteil des Gehäuses sein kann, ist flanschartig gestaltet und dient zur Verschraubung des erfindungsge mäßen Elektromotors mit ebenfalls nicht dargestellten angrenzenden Bauteilen des Kraftfahrzeuges. Auf der dem herausgeführten Ende der Welle 5 gegen überliegenden Seite hat das Gehäuse 1 ein Lagerschild 11 aus Kunststoff. Die Lagerschilde 10, 11 tragen jeweils ein Lager 12, 13 für die Welle 5. Das aus Kunststoff gefertigte Lagerschild 11 dient zur Halterung von Schächten 14, 15 für Kohlebürsten 16, 17. Bei einer Drehung des Rotors 3 gleiten die Kohlebür sten 16, 17 über den Kollektor 8 und versorgen diesen mit elektrischem Strom. Fig. 1 shows an electric motor according to the invention with an attached in a housing 1 and stator 2 with a rotatably ge in the housing 1 superimposed rotor 3. The stator 2 has to the housing 1 fixed magnet shells. 4 The rotor 3 has a shaft 5 and a rotor core 6 fastened thereon for holding coils 7 . The coils 7 are supplied with electrical current via a collector 8 . One end of the shaft 5 protrudes from the housing 1 . At this end, for example, a transmission (not shown) of a steering booster or a window regulator of a motor vehicle can be connected. The housing 1 has a jacket 9 made of sheet metal and in the region of the end of the shaft 5 which is led out of the housing 1 , a bearing plate 10 made of aluminum. The end shield 10 , which can also be part of the housing, is flange-shaped and is used for screwing the electric motor according to the invention with adjacent components of the motor vehicle, also not shown. On the side opposite the end of the shaft 5 which is brought out, the housing 1 has a bearing plate 11 made of plastic. The end shields 10 , 11 each carry a bearing 12 , 13 for the shaft 5 . The bearing plate 11 made of plastic serves to hold shafts 14 , 15 for carbon brushes 16 , 17 . When the rotor 3 rotates, the carbon brushes 16 , 17 slide over the collector 8 and supply it with electrical current.
Das dem Lagerschild 10 aus Aluminium zugewandte Ende der Welle 5 hat ein Teilstück 18 mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit. An diesem Teilstück 18 schließt sich ein in dem Lagerschild 11 aus Kunststoff gelagertes Teilstück 19 mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit an. Hierdurch wird verhindert, daß im Bereich der Spulen 7 und der Magnetschalen 4 erzeugte Wärme sich im Be reich des Kollektors 8 aufstaut. Die Wärme wird vielmehr über den aus Blech gefertigten Mantel 9 des Gehäuses 1 und über das aus Aluminium gefertigte Lagerschild 10 abgeleitet. Deshalb hat der erfindungsgemäße Elektromotor eine weitestgehende gleichbleibende Leistungsabgabe und einen konstanten Wirkungsgrad. Die beiden Teilstücke 18, 19 der Welle sind miteinander stoff schlüssig, beispielsweise durch Reibschweißen, verbunden.The end of the shaft 5 facing the aluminum shield 10 has a section 18 with a high thermal conductivity. This section 18 is followed by a section 19 , which is supported in the end shield 11 and is made of plastic and has a low thermal conductivity. This prevents the heat generated in the region of the coils 7 and the magnetic shells 4 from accumulating in the area of the collector 8 . Rather, the heat is dissipated via the jacket 9 of the housing 1 made of sheet metal and the bearing plate 10 made of aluminum. Therefore, the electric motor according to the invention has a largely constant power output and constant efficiency. The two sections 18 , 19 of the shaft are materially connected to one another, for example by friction welding.
Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elek tromotors. Der Elektromotor unterscheidet sich von dem aus Fig. 1 dadurch, daß der Rotor 3 auf einer stufenförmigen Welle 20 befestigt ist. Der durchmes sergroße Bereich der Welle 20 ist als Teilstück 21 mit einer hohen Wärmeleit fähigkeit ausgebildet. Der durchmesserkleine Bereich der Welle 20 bildet ein Teilstück 22 mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit an seiner Oberfläche. Die niedrige Wärmeleitfähigkeit wird durch die hülsenförmige Isolation 23 erreicht. Fig. 2 shows a further embodiment of the elec tric motor according to the invention. The electric motor differs from that of FIG. 1 in that the rotor 3 is fastened on a stepped shaft 20 . The diam large area of the shaft 20 is formed as a section 21 with a high thermal conductivity. The small-diameter area of the shaft 20 forms a section 22 with a low thermal conductivity on its surface. The low thermal conductivity is achieved by the sleeve-shaped insulation 23 .
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8100 | Publication of patent without earlier publication of application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: SIEMENS AG, 80333 MUENCHEN, DE |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |