DE19945657C1

DE19945657C1 - Kommutatormotor mit einer Drehzahl- und/oder Drehrichtungs-Sensorvorrichtung

Info

Publication number: DE19945657C1
Application number: DE1999145657
Authority: DE
Inventors: Rudolf Fiedler; Detlef Kemmer; Peter Klingler; Stefan Laumer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-09-23
Filing date: 1999-09-23
Publication date: 2001-03-15
Anticipated expiration: 2019-09-24
Also published as: WO2001022561A1

Abstract

Zur einfachen sowie zug- bzw. druckspannungsfreien Fixierung eines Drehzahl- und/oder Drehrichtungsgebers (3), insbesondere in Form eines spröden Magnet-Polrades, relativ zu der Rotorwelle (2) steht dieser preßsitzfrei zum Umfang der Rotorwelle (2) in formschlüssiger axialer Einsteck-Drehmitnahme zu dem auf der Rotorwelle (2) fixierten Kommutator (4) des Kommutatormotors; zur weiteren Fertigungsvereinfachung ist das Magnet-Polrad mehrteilig aus Schalenteilen (3.1; 3.2) tangential zusammensetzbar, die durch ein umfassendes Spannelement (5) nach Anlage an den Außenumfang der Rotorwelle (2) im Verband zusammengehalten sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kommutatormotor mit ei ner Drehzahl- und/oder Drehrichtungs-Sensorvorrichtung gemäß Patentanspruch 1; die Sensorvorrichtung ist insbesondere zum Einsatz bei einem Stellmotor in einem Kraftfahrzeug, z. B. ei nem in der EP 0 601 228 B1 beschriebenen Fensterheberantrieb, vorgesehen. Dabei werden von einem auf der Rotorwelle befe stigten Drehzahl- bzw. Drehrichtungsgeber, insbesondere einem Magnet-Polrad, drehzahlproportionale Signale in einer stator seitigen Sensorvorrichtung, insbesondere in einer Hallsonde, erzeugt.

Durch die EP 0 489 940 A1 ist ein Kommutatormotor bekannt, bei dem zur Drehzahlregelung auf einer statorseitigen Elek tronik-Anschlußplatte Hallsonden angeordnet sind, denen ein unmittelbar auf der Rotorwelle befestigtes Magnet-Polrad zu geordnet ist. Die Befestigung des Polrades auf der Rotorwelle kann z. B. durch einen entsprechenden Preßsitz und/oder Klebe sitz erfolgen. Ein Preßsitz kann bei für ein Massenserien produkt hinzunehmenden Toleranzen aufgrund zu starker Preßsitzspannungen zu einem Schaden des üblicherweise aus Sintermaterial gefertigten Polrades führen, ein Klebesitz er fordert eine aufwendige Fertigungstechnologie.

Bei einem durch die EP 0 601 228 B1 bekannten elektromotori schen Antrieb mit Drehzahlerfassung ist ein Polrad-Magnetkör per auf die Rotorwelle zentrierend und druck- bzw. zugspan nungsfrei aufsteckbar und zur beidseitigen axialen Lagesiche rung bzw. tangentialen Drehmitnahme mit einem axial vor- und/oder nachgelagerten, auf der Rotorwelle fest sitzend auf gedrückten Halteteil in formschlüssige axiale und tangentiale Anlageverbindung gestellt.

Durch die DE 90 06 935.6 U1 ist ein Kommutator-Verstellan trieb, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Dreh zahl- und/oder Drehrichtungserfassung mit mindestens einer statorseitigen Hallsonde und einem zugeordneten, auf der An triebswelle angeordneten Polrad bekannt; zum Zwecke einer leichten Variierbarkeit ist das Polrad radial mittelbar über eine konzentrische Distanzbuchse auf der Rotorwelle gehalten und zur axial spielfreien Positionierung durch einen auf der Rotorwelle montierten Sicherungsring gegen einen Anschlag, z. B. den Kommutator, gepresst.

Durch die JP-A-4183245 bzw. die US-A 2,161,953 sind Halte rungen für einen Polrad-Magnetkörper auf einer Rotorwelle be kannt, bei denen ein gesondertes Halteteil mit axial vorste henden Mitnahmearmen in korrespondierende Ausnehmungen der dem Halteteil zugewandten einen Stirnseite des Magnetkörpers greifen; in seiner anderen Stirnseite liegt der Magnetkörper an einem motorseitigen Anschlag in Form des Rotorblechpaketes oder eines auf der Rotorwelle fixierten Sicherungsringes an.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei für eine Mas senserienfertigung geringstmöglichem Fertigungs- bzw. Monta geaufwand eine auch bei längerem und hartem Betriebseinsatz sichere druck- bzw. zugspannungsfreie Fixierung eines Dreh zahl- bzw. Drehrichtungsgebers, insbesondere eines relativ spröden Polrad-Magnetkörpers, auf der Welle gewährleisten zu können.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch einen Kommutatormotor mit einer Drehzahl- und/oder Drehrichtungs- Sensorvorrichtung gemäß Patentanspruch 1; vorteilhafte Ausge staltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteran sprüche.

Bei dem Kommutatormotor mit der erfindungsgemäßen Drehzahl- und/oder Drehrichtungs-Sensorvorrichtung ist es möglich, ohne Rücksichtnahme auf die Sprödigkeit bzw. mechanische Empfind lichkeit des Gebers, insbesondere eines gesinterten Polrad- Magnetkörpers, diesen auch bei größeren Toleranzmaßen der Ro torwelle ohne übermäßige Zug- bzw. Druckbelastungen unter Mitbenutzung und Vermittlung des an sich vorhandenen, mit der Rotorwelle bereits fest verbundenen Kommutators in Drehmit nahme zu bringen und auf einfache Weise in seiner Form schlußverbindung mit dem Kommutator axial auf der Rotorwelle zu fixieren.

Ein Schiebesitz über die gegebenenfalls durch Schleifen vor bearbeitete Rotorwelle und/oder ein raumgreifendes axiales Aufschieben läßt sich in vorteilhafter Weise dadurch ganz vermeiden, daß der Drehzahl- bzw. Drehrichtungsgeber aus meh reren tangentialen Schalenteilen zusammensetzbar ist, die durch eine einfache umgebende Spannvorrichtung, insbesondere in Form eines elastisch dehnbaren O-Ringes, in ihrer Endpo sition mit Anlage an die Umfangsfläche der Rotorwelle zusam menhaltbar sind.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im fol genden anhand schematischer Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 in einer Explosions-Ausschnittsdarstellung eine Ro torwelle mit darauf befestigtem Kommutator und auf die Rotorwelle bis zur formschlüssigen Drehmitnahme mit dem Kommutator aufsteckbarem einteiligen Magnet-Polrad;

Fig. 2 in einem axialen Schnittbild das in seine Betriebs endstellung mit Drehmitnahme zum Kommutator ge brachte und relativ zur Rotorwelle axial fixierte Magnet-Polrad gemäß Fig. 1;

Fig. 3 in einer Explosions-Ausschnittsdarstellung eine Ro torwelle mit darauf befestigtem Kommutator und auf die Rotorwelle bis zur formschlüssigen Drehmitnahme mit dem Kommutator aufsteckbarem zweiteiligen Magnet-Polrad;

Fig. 4 in einem axialem Schnittbild das in seine Betriebs endstellung mit Drehmitnahme zum Kommutator ge brachte und relativ zur Rotorwelle axial fixierte Magnet-Polrad gemäß Fig. 3;

Fig. 5 in stirnseitiger Draufsicht die einzelnen Schalen teile eines zweiteiligen Magnet-Polrades gemäß Fig. 3, 4;

Fig. 6 in einem axialen Teilschnittbild einen Kommutator motor mit in bekannter Weise direkt auf einer Ro torwelle befestigtem Polrad-Magnetkörper als Dreh zahl- bzw. Drehrichtungsgeber und statorseitg zuge ordnetem Sensor in Form von zwei Hallsonden.

Fig. 6 zeigt in einem axialen Teil-Schnittbild einen z. B. durch die EP 0 489 940 A1 bzw. die EP 0 601 228 B1 bekannten Kommutatormotor, z. B. eines Kraftfahrzeug-Getriebe-Stellan triebes, mit einem Motorgehäuse 7 und einem an dieses axial anschließenden Getriebegehäuse 6, in das die Rotorwelle 2 des Kommutatormotors als verlängerte Getriebewelle, z. B. Schneckenwelle, hineinragt. An der Innenumfangsfläche des Mo torgehäuses 7 sind zur Erregung vorgesehene Dauermagnete 7.1; 7.2 gehaltert; auf der Rotorwelle 2 sind ein mit einer Rotorwicklung bewickeltes Rotorpaket 13 sowie ein axial vor gelagerter, an die Rotorwicklung angeschlossener Kommutator 4 befestigt. Die Lamellen 4.2 des Kommutators 4 sind radial in nen in einem Preßkörper 4.1 verankert und radial außen von Kohlebürsten 10 beschliffen, die ihrerseits an einer Bürsten tragplatte 11 geführt gehalten sind.

Zur Drehzahl- bzw. Drehrichtungserfassung ist unmittelbar auf der Rotorwelle 2, z. B. durch Aufdrücken im Preßsitz und/oder durch Aufkleben, ein Drehzahl- bzw. Drehrichtungsgeber 3 in Form eines Magnet-Polrades in hier angedeuter zweipoliger Ausführung N, S befestigt, dem auf einer statorseitigen Lei terplatte 12 als Drehzahl-Sensoren Hallsonden 8, 9 zugeordnet sind.

Im bekannten vorgenannten Fall hat sich gezeigt, daß eine Klebeverbindung zwischen dem Drehzahl- bzw. Drehrichtungsge ber 3 und der Rotorwelle 2 in nicht in allen Fällen, insbe sondere bei rauhem Betriebseinsatz und längeren Betriebszei ten, einen sicheren Festsitz auf der Rotorwelle 2 gewährlei sten kann; da sich andererseits ein solchen Belastungen bes ser widerstehender Preßsitz des Drehzahl- bzw. Drehrichtungs gebers aufgrund der bei Verwendung eines Magnet-Polrades zu berücksichtigenden Materialsprödigkeit, insbesondere bei Her stellung als Sinter-Bauteil, verbietet, sind in den letztge nannten bekannten Fällen die Drehzahl- bzw. Drehrichtungsge ber preßsitzfrei lediglich im Schiebesitz auf die Rotorwelle aufgeschoben und die Fixierung des Drehzahl- bzw. Drehrich tungsgebers in seiner Betriebsendstellung und seine Drehmit nahme von einem axial vor- und/oder nachgelagerten gesonder ten Halteteil übernommen, das seinerseits im Preßsitz und so mit mit relativ hohem Druckaufwand auf die Rotorwelle aufzu schieben und konstruktiv derart zu gestalten ist, daß eine sichere mechanische Fixierung und Drehmitnahme des Drehzahl- bzw. Drehrichtungsgebers relativ zu der Rotorwelle gewährlei stet ist.

Fig. 1, 2 bzw. Fig. 3-5 zeigen jeweils zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Fixierung eines Drehzahl- bzw. Dreh richtungsgebers 3 relativ zur Rotorwelle 2. Erfindungsgemäß erfolgt dabei zumindest die sichere Drehmitnahme des zug- bzw. preßspannungsfrei auf der Rotorwelle 2 lagerbaren Dreh zahl- bzw. Drehrichtungsgebers 3 unter Vermittlung und Mitbe nutzung des an sich vorhandenen und fest auf der Rotorwelle 2 fixierten Kommutators 4.

Dazu weist der gemäß Fig. 1, 2 einteilige Drehzahl- bzw. Dreh richtungsgeber 3, im Sinne seines Unwuchtausgleiches über seinen Umfang verteilt, zwei axial vorstehende stirnseitige Vorsprünge bzw. Vorsprungsanordnungen 3.21 bzw. Vertiefungen auf, die beim axialen Aufschieben des Drehzahl- bzw. Dreh richtungsgebers 3 in korrespondierende stirnseitige Vertie fungen 4.12 bzw. Vorsprünge 4.11 in dem Preßkörper 4.1 des Kommutatormotors 4 einsteckbar sind, derart daß formschlüssig zumindest eine sichere Drehmitnahme zu dem Kommutator gewähr leistet ist, dessen radial außen die Lamellen 4.2 halternder Preßkörper 4.1 kraft- und/oder formschlüssig, z. B. durch wel lenseitige Riefen, mit der Rotorwelle 2 fest verbunden ist.

Die betriebsmäßige Betriebsendlage, bei der die formschlüssi ge Drehmitnahme zwischen dem Kommutator und dem Drehzahl- und/oder Drehrichtungsgeber 3 gewährleistet ist, kann in vor teilhafter Weise axial dadurch gesichert werden, daß der Drehzahl- und/oder Drehrichtungsgeber 3 mit seinem kommuta tornahen Ende an den Kommutator 4 anschlägt und an seinem kommutatorabgewandten Ende durch Spannelemente 5 relativ zur Rotorwelle 2 fixiert ist; in besonders einfacher Weise dient hierzu ein über den Umfang der Rotorwelle 2 gespannter, vor teilhaft auch formschlüssig durch Einlage in einen Wellenan stich 2.1 gesicherter, O-Ring vorgesehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3-5 kann auf ein über greifendes Aufschieben des Drehzahl- bzw. Drehrichtungsgebers 3 auf die Rotorwelle 2 dadurch verzichtet und gleichzeitig eine besonders aufwandsarme Herstellung eines ringförmigen, an der Rotorwelle 2 zentrierbaren Drehzahl- bzw. Drehrich tungsgebers 3 erreicht werden, daß nach einer weiteren Ausge staltung der Erfindung der Drehzahl- bzw. Drehrichtungsgeber 3 aus mehreren über den Umfang der Rotorwelle 2 zusammensetz baren Schalenteilen, im vorliegenden Fall aus zwei halbseiti gen Schalenteilen 3.1; 3.2, zusammensetzbar ist, wobei die Schalenteile 3.1; 3.2 radial zuführbar und zweckmäßigerweise durch Einlage in einen radialen Einstich 2.2 der Rotorwelle 2 mit einer der axialen Länge der Teilschalen entsprechenden Ausdehnung axial fixierbar einlegbar sind.

Der Zusammenhalt der Schalenteile 3.1; 3.2 zu einem den Dreh zahl- bzw. Drehrichtungsgeber 3 repräsentierenden Verband er folgt nach einer Ausgestaltung der Erfindung durch ein umfas sendes Spannelement 5, insbesondere in Form eines elastisch gespannten O-Ringes, das zur zusätzlichen axial formschlüssi gen Sicherung in eine teilumfangsseitige Einlegenut 3.2 des Drehzahl- bzw. Drehrichtungsgebers 3 einlegbar ist; falls diese teilumfangsseitige Einlegenut bis zum Außenumfang der Rotorwelle im Bereich zumindest eines Schalenteils hindurch reicht, kann - wie im Fall der axialen Lagefixierung gemäß Fig. 1 - das die Schalenteile zusammenhaltende Spannelement 5 auch zu deren zusätzlicher bzw. alleiniger axialer Lagefixie rung zu der Rotorwelle mitbenutzt werden.

Die Schalenteile 3.1 bzw. 3.2 sind - ähnlich wie bereits an hand von Fig. 1 beschrieben - im Sinne einer formschlüssigen Drehmitnahme durch axiale Einsteckaufnahme mit dem Kommutator 4 kuppelbar; dazu dienen axiale Vorsprünge 3.11; 3.21 und Vertiefungen 3.12; 3.22 an den Schalenteilen 3.1; 3.2 bzw. kor respondierenden Vertiefungen 4.12 und Vorsprünge 4.11 an dem Kommutator 4, insbesondere an der Stirnseite von dessen Preßkörper 4.1, über welche die Lamellen 4.2 mit der Rotor welle 2 fest verbunden sind.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, sind die Vorsprünge 3.11; 3.21 bzw. Vertiefungen 3.12; 3.22 der Schalenteile 3.1; 3.2 derart ange ordnet, daß die Schalenteile als Formteile, insbesondere Sin ter-Formteile, mit nur in einer Richtung - hier der horizon talen Richtung - ziehbaren Formteilen herstellbar sind.

Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich, können die kommuta torseitigen axialen Enden der Vorsprünge 3.11 bzw. 3.21 der Schalenteile 3.1 bzw. 3.2 derart ausgebildet sein, daß sie durch eine Schulteranlage gegen einen Zentrierrand dem Preßkörper 4.1 auch zur radialen Lagefixierung dieses Endes der Drehzahl- bzw. Drehrichtungsgebers 3 mitbenutzbar sind.

Claims

1. Kommutatormotor mit einer Drehzahl- und/oder Drehrich tungs-Sensorvorrichtung, insbesondere Stellmotor in einem Kraftfahrzeug

- mit einem auf einer Rotorwelle (2) des Kommutatormotors druck- bzw. zugspannungsfrei gehaltenem und mit dieser rotierendem Drehzahl- bzw. Drehrichtungsgeber (3), insbe sondere in Form eines Magnet-Polrades,
- mit einer Anordnung des Drehzahl- bzw. Drehrichtungsge bers (3) axial benachbart zu dem Kommutator (4) des Kom mutatormotors,
- mit einer formschlüssigen Drehmitnahme zwischen dem Kom mutator (4) und dem Drehzahl- bzw. Drehrichtungsgeber (3).

2. Kommutatormotor nach Anspruch 1

- mit einer formschlüssigen Drehmitnahme zwischen einer Stirnseite des Kommutators (4) und der gegenüberliegenden Stirnseite des Drehzahl- bzw. Drehrichtungsgebers (3).

3. Kommutatormotor nach Anspruch 1 und/oder 2

- mit an den zur Aufnahme der Kommutatorlamellen (4.2) vor gesehenen Presskörper (4.1) des Kommutators (4), vorzugs weise einstückig, angeformten ersten Formschlußmitnahmen und/oder
- mit an den Drehzahl- bzw. Drehrichtungsgeber (3), vor zugsweise einstückig, angeformten, zu den kommutatorsei tigen ersten Formschlußmitnahmen korrespondierenden zwei ten Formschlußmitnahmen.

4. Kommutatormotor nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3

- mit einer formschlüssigen Drehmitnahme in Form einer axial montierbaren Einsteckmitnahme, insbesondere in Form von gegenseitigen Vorsprüngen (3.11, 3.21; 4.11) und kor respondierenden Vertiefungen (3.12, 3.22; 4.12).

5. Kommutatormotor nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4

- mit einer kommutatorseitigen axialen Fixierung des Dreh zahl- bzw. Drehrichtungsgebers (3) durch axialen Anschlag an den Kommutator (4).

6. Kommutatormotor nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5

- mit einer kommutatorabgewandten axialen Fixierung des Drehzahl- bzw. Drehrichtungsgebers (3) durch Abstützung an der Rotorwelle (2).

7. Kommutatormotor nach Anspruch 6

- mit einer kommutatorabgewandten axialen Fixierung des Drehzahl- bzw. Drehrichtungsgebers (3) durch ein form schlüssig zu der Rotorwelle (2) und/oder zu dem Drehzahl- bzw. Drehrichtungsgeber (3) gesichertes Spannelement (5), insbesondere in Form eines elastisch gespannten O-Ringes.

8. Kommutatormotor nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7

- mit einem tangential mehrteiligen, aus entsprechenden Schalenteilen (3.1; 3.2) zusammensetzbaren Drehzahl- bzw. Drehrichtungsgeber (3).

9. Kommutatormotor nach Anspruch 8

- mit einer radialen Lagefixierung der Schalenteile (3.1; 3.2) an ihrem kommutatorseitigen axialen Ende durch entsprechende Ausbildung der formschlüssigen Drehmitnah me.

10. Kommutatormotor nach Anspruch 8 und/oder 9

- mit einen Zusammenhalt der Schalenteile (3.1; 3.2) unter einander bzw. relativ zu der Rotorwelle (3) durch ein die Schalenteile umfassendes Spannelement (5), insbesondere in Form eines elastisch gespannten O-Ringes.

11. Kommutatormotor nach Anspruch 10

- mit einer Mitbenutzung des die Schalenteile (3.1; 3.2) zu sammenhaltenden Spannelementes (5) zu deren axialen Lage fixierung relativ zu der Rotorwelle (2).

12. Kommutatormotor nach Anspruch 11

- mit einem radialen Durchgriff des Spannelementes (5) durch zumindest eine teilumfangsseitige Einlegenut (3.23) des Drehzahl- bzw. Drehrichtungsgebers (3) im Sinne einer axialen Fixierungs-Kontaktgabe zu der Rotorwelle (2).