EP2656483A2 - Elektrische maschine mit befestigungsvorrichtung für magneten - Google Patents

Elektrische maschine mit befestigungsvorrichtung für magneten

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Publication number
EP2656483A2
EP2656483A2 EP11793430.7A EP11793430A EP2656483A2 EP 2656483 A2 EP2656483 A2 EP 2656483A2 EP 11793430 A EP11793430 A EP 11793430A EP 2656483 A2 EP2656483 A2 EP 2656483A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrical machine
machine according
positioning device
annular positioning
ring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11793430.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andre Corvini
Julius GEORGE MANNAN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2656483A2 publication Critical patent/EP2656483A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/18—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
    • H02K1/185—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures to outer stators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K23/00—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
    • H02K23/02—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by arrangement for exciting
    • H02K23/04—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by arrangement for exciting having permanent magnet excitation

Definitions

  • DE 101 48 652 A1 relates to a DC machine and a method for fixing magnets to a pole housing of a DC machine.
  • a magnet holding device On the pole housing, a magnet holding device is attached to which the magnets, which are in particular permanent magnets, are held.
  • the magnet holding device is fixed to the inner periphery of the pole housing and formed by an annular holding cage.
  • the holding cage is provided with a running in the axial direction, continuous slot and
  • the holding cage is worked out of a board, preferably punched and then brought by rolling into its ring shape.
  • the holding cage according to DE 101 48 652 A1 is held non-positively in the pole housing of the DC machine. The frictional connection is due to
  • the holding cage has pockets for receiving a respective magnet.
  • Adding tolerances, for example between the brushes and the magnets, which are often incorporated with a circumferential angle error with respect to each other, cause the commutation angle can not be met with sufficient accuracy or with a very high tolerance.
  • an annular positioning device on an electric machine which supports both the magnets, in particular the permanent magnets used, and the flux irons, both in the tangential direction and in the radial direction, and which provides improved positioning as opposed to previously used for positioning the magnets or the river iron springs allows.
  • the ring-shaped positioning device in particular gives the positioning of the retention of the original
  • Adjust power losses on the electric machine in particular a starter device for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • Positioning device designed such that it as an injection molded part
  • Plastic material is made and which both axial and radial and tangential having extending support surfaces. These support surfaces hold the magnets and the river iron in the original mounting position within the pole housing.
  • a plastic ring-shaped positioning device is fastened by snap closures in the pole housing, so that immediately with the mounting of the same one hand, a defined installation position of the annular positioning device results and inevitably by this by direct contact with both the river iron and with Magnets, in particular the permanent magnet whose original mounting position defined on the inner circumferential surface of the pole housing of the electric machine is permanently maintained.
  • a defined installation position of the annular positioning device results and inevitably by this by direct contact with both the river iron and with Magnets, in particular the permanent magnet whose original mounting position defined on the inner circumferential surface of the pole housing of the electric machine is permanently maintained.
  • Fixing device as a plastic component, this can also be made as a hybrid component, i. a component of the multi-part formed in this case, annular
  • Fastening device can be made as a plastic component, the other example of metallic material.
  • plastic component the other example of metallic material.
  • Injection molding process are injection-molded around a metallic ring plastic material, wherein the metallic ring designed as a hybrid component annular
  • Plastic material can be formed in an advantageous manner on the one hand, the latching of the formed as a hybrid component annular positioning device and the support surfaces in the axial, radial and tangential direction for the magnets or the river iron, while on the other hand, there is the possibility of inventively proposed ring-shaped positioning device not in Form ways of injection molding by molding a metallic ring with plastic material, but to provide two separate components, ie a plastic ring and a metallic one
  • annular fastening device for example, a resiliently formed latching between the pole housing and the metallic ring of the two-part annular positioning device can be created.
  • This has a more elastic spring behavior, especially when vibrations occur, compared with a locking, which is formed for example by way of the plastic injection molding process around a metallic ring.
  • Figure 1 shows a longitudinal section through a trained as a starter device
  • FIG. 1 a shows an embodiment variant known from the prior art for the fixation of river iron and magnets by means of retaining springs
  • Figure 2 is a perspective view of the invention proposed
  • Figure 3 is a side perspective view of the annular design
  • FIG. 4 shows a lateral plan view of a hybrid part, consisting of a metallic ring and molded plastic material
  • Figure 5 shows an alternative embodiment of the ring-shaped
  • Positioning device made of metallic ring and plastic ring
  • FIG. 6 shows the perspective view of FIG. 5 as separate structural components
  • Figure 7 is a side plan view of the according to Figure 6 of metal ring and plastic ring annular positioning device.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of an electrical machine designed in particular as a starter device.
  • the starting device 10 has, for example, a starter motor 13 and a toe-in actuator 16, which may be designed, for example, as a relay or starter relay.
  • the starter motor 13 and the electric Vorspuraktuator 16 are fixed to a common drive end plate 19.
  • the starter motor 13 is functionally to drive a starter pinion 22 when it is in the ring gear 25 of the not shown here
  • the starter motor 13 has a housing as a pole tube 28 that on its inner circumference
  • Pole shoes 31 carries, which are each wrapped by a field winding 34.
  • the pole shoes 31 in turn surround an armature 37, which has an armature packet 43 constructed from fins 40 and an armature winding 49 arranged in grooves 46.
  • the armature package 43 is pressed onto a drive shaft 44.
  • a commutator 52 is further attached, which is constructed, inter alia, of individual commutator fins 55.
  • the commutator bars 55 are so electrically connected in a known manner with the armature winding 49 that sets when energizing the commutator fins 55 by carbon brushes 58, a rotational movement of the armature 37 within the pole tube 28.
  • the drive shaft 13 is commutator side supported with a shaft journal 64 in a sliding bearing 67, which in turn is held stationary in a Kommutatorlagerdeckel 70.
  • Commutator bearing cap 70 in turn is by means of tie rods 73 which can be arranged distributed over the circumference of the pole tube 28, so for example screws, for example, two three or four pieces, fixed in the drive end plate 19. It supports the pole tube 28 on the drive end plate 19 and the Kommutatorlagerdeckel 70 in turn on the pole tube 28th
  • the armature 37 is adjoined by a sun gear 80, which is part of an epicyclic gear 83 designed, for example, as a planetary gear.
  • the sun gear 80 is surrounded by a plurality of planet wheels 86, usually three
  • Planet wheels 86 which in turn are supported by means of rolling bearings 89 on journals 92.
  • the planet wheels 86 roll within a ring gear 95, which in the pole tube 28th is stored outside.
  • the planet gears 86 are adjoined by a planet carrier 98, in which the axle journals 92 are received.
  • Planet carrier 98 is again in an intermediate storage 101 and a therein
  • the intermediate bearing 101 is designed pot-shaped such that in this both the planet carrier 98 and the planet gears 86 are added. Furthermore, in the cup-shaped intermediate bearing 101, the ring gear 195 is arranged, which is ultimately closed by a cover 107 relative to the armature 37. Also, the intermediate bearing 101 is supported with its outer circumference on the inside of the pole tube 28.
  • the armature 37 has on the end facing away from the commutator 52 end of the drive shaft 13 a further shaft journal 110, which also in a sliding bearing 113th
  • the sliding bearing 113 in turn is in a central bore of the
  • Planet carrier 98 recorded.
  • the planet carrier 98 is integrally connected to the output shaft 1 16.
  • the output shaft 1 16 is supported with its end 119 remote from the intermediate bearing 101 in a further bearing 122 which is fixed in the drive bearing plate 1 19.
  • the output shaft 116 is divided into several sections: Thus, the section which is arranged in the sliding bearing 104 of the intermediate bearing 101, a section with a
  • Spur gear 125 (internal toothing), which is part of a shaft-hub connection 128.
  • the shaft-hub connection 128 in this case allows the axially rectilinear sliding of a driver 131.
  • the driver 131 is a sleeve-like extension which is integrally connected to a cup-shaped outer ring 132 of the freewheel 137.
  • the freewheel 137 which may be, for example, a Richtgesperre, further consists of an inner ring 140 which is disposed radially within the outer ring 132. Between the inner ring 140 and the outer ring 132 clamping body 138 are arranged.
  • Clamping 138 prevent in cooperation with the inner ring 140 and the
  • Outer ring 132 a relative rotation between the outer ring 132 and the inner ring 140 in a second direction.
  • the freewheel 137 allows a circumferential relative movement between the inner ring 140 and the outer ring 132 in one direction only.
  • the inner ring 140 is formed integrally with the starter pinion 22 and its helical teeth 143 (external helical teeth).
  • the starter pinion 22 may alternatively be designed as a straight toothed pinion.
  • permanent magnetically excited poles can also be used, ie permanent magnets 31.
  • the electric Vorspuraktuator 16 and a linearly movable armature 168 in this also has the task, with a tension member 187 to move in the drive bearing plate 19 rotatably arranged lever 190 to move.
  • the lever 190 which is usually designed as a fork lever, engages with two tines, not shown here, two discs 193 and 194 on its outer periphery to move a trapped between them driver ring 197 to the freewheel 137 back against the resistance of a spring 200 and thereby the Andrehritzel 22 in the sprocket 25, intendspuren the internal combustion engine, not shown in the illustration of Figure 1. Below, the Einspurmechanismus will be discussed in more detail.
  • the electric Vorspuraktuator 16 has a bolt 150 which represents an electrical contact and in the case of Einbausein in the vehicle at the positive terminal of an electric starter battery, which is not shown in Figure 1, is connected.
  • the bolt 150 is passed through a lid 153.
  • a second bolt 152 provides a connection for the electric starter motor 13, which is supplied via the power supply 61 (thick wire).
  • the lid 153 includes a housing 156 made of steel, which is fastened to the drive end plate 19 by means of a plurality of fastening elements 159, which can be designed, for example, as screws.
  • a pusher 160 for exerting a tensile force on the fork lever 190 and a switching device 161 is arranged.
  • the thrust device 160 comprises a spool 162 and the switching device 161 comprises a winding 165.
  • the spool 162 of the thrust device 160 and the winding 165 of the switching device 161 each act in the switched-on state
  • the shaft-hub connection 128 may instead of a spur 125 also with a
  • Steep thread toothing be equipped.
  • the combinations are possible, according to which a) the starter pinion 22 is helically toothed and the shaft-hub connection 128 has a straight toothing 125, or b) the starter pinion 22 is helically toothed and the shaft-hub connection 128 has a helical thread toothing or c) the starting pinion 22 is made straight-toothed and the shaft-hub connection 128 has a helical spline.
  • Figure 1 a is known from the prior art mounting option for
  • the housing 28 shown in Figure 1a represents a pole tube of the electric machine 10.
  • On the inside are, for example, permanent magnets 31 or pole pieces 31, the excitation windings 34, added.
  • flux irons 200 which are arranged in the axial direction extending retaining springs 202, on the inner circumference of the housing of the electric machine.
  • it is the pole tube 28 of the electric machine, in particular as a starter device for a
  • Figure 1 b shows another embodiment of the fixation of magnets or river iron on the housing of an electrical machine.
  • FIG. 1 b shows that the housing 28 of the electrical machine, i. the pole tube the magnets 31, the stator of the electric
  • Represent machine for example, by a first retaining ring 104 and a second retaining ring 206 are fixed. Between the individual circumferentially spaced apart permanent magnets or pole shoes with excitation winding, see position 31, rod-shaped configured river iron 200 are introduced. Both the
  • Permanent magnets or pole pieces with excitation winding and the river iron 200 are by the first retaining ring 204 and the second retaining ring 206 at the
  • Inner peripheral surface of the housing of the electric machine fixed.
  • FIG. 2 shows a perspective view of the annular positioning device proposed according to the invention.
  • annular positioning device 208 shown in perspective in FIG. 2 can, on the one hand, compare to FIGS. 2, 3 and 4, as a hybrid component, in which a plastic encapsulation 226 surrounds a metallic insert 224.
  • Figures 5, 6 and 7 is an embodiment of the annular
  • Positioning device 208 can be seen, which is made of two separate components, namely a metal ring 228 and a plastic ring 230, which represent an assembled component, the annular positioning means 208 in the mounted state. From the perspective view according to FIG. 2, it can be seen that the annular positioning device 208 manufactured here as a hybrid component 222 has an axial support surface 210.
  • the axial support surface 210 provides a circumferential ring, on whose
  • the individual segments of the axial support surface 210 are arranged in the circumferential direction, for example in a 60 ° -partition, compare position 216, which corresponds to the dimension of the magnets 31 in the circumferential direction.
  • the annular positioning device 208 according to the perspective
  • annular includes
  • Positioning device 208 according to the perspective view in Figure 2, a circumferential radial support surface 212, which fix the magnets 31 in their installed position in the housing 28 on the inner circumference.
  • the inventively proposed annular positioning means 208 - here formed as a hybrid component 222 - ensures that the magnets 31 are fixed both axially and radially and beyond also in the tangential direction on the inner peripheral surface of the pole tube 28 of the electric machine 10.
  • the axial projections 218 are provided with a recess 220.
  • the recess 220 is approximately groove-shaped and corresponds to the geometry of the river iron 200, which are fastened between the individual magnets 31 on the inner peripheral surface of the pole tube 28.
  • FIG. 3 The representation in accordance with FIG. 3 is likewise a perspective view of the ring-shaped design produced in this embodiment as a hybrid component
  • FIG. 3 shows that the individual axial projections 218 arranged in a 60 ° division each have a recess 220 for positioning the river iron 200.
  • reference numeral 210 the axial support surface is designated, reference numeral 212 denotes the axial support surface
  • FIG. 4 shows a section through the annular positioning device.
  • the ring-shaped positioning device 208 shown in section in FIG. 4 is designed as a hybrid component 222, in which a metallic insert 224, that of the annular Positioning device 208 gives the necessary mechanical stability, is enclosed by a plastic extrusion 226.
  • the axial projections 218 are formed in 60 ° pitch, corresponding to the pitch in which both the molten iron 200 and the magnets 31 are fixed to the inner circumferential surface of the housing 28.
  • FIGS. 5, 6 and 7 show an alternative embodiment of the annular positioning device proposed according to the invention.
  • the annular positioning device 208 is made of two components. On the one hand, it is a metal ring 228, which is joined with a plastic ring 230.
  • the metal ring 228 is shown, on the one hand, the axial projections 218 - executed in 60 ° division -, further formed on the inside circumferential radial support surface 212 and the axial support surface 210 for permanent magnets or pole pieces 31 with excitation winding 34 of the stator of the electric machine.
  • Support surfaces 214 for preventing relative movement of the permanent magnets on the inner peripheral surface of the housing 28 of the electric machine 10 has.
  • Figure 6 shows the joined state of the two still separated in Figure 5 components metal ring 228 and plastic ring 230th
  • FIG. 7 shows a sectional view through the assembled, annular
  • Positioning device 208 as shown in Figure 6. From the illustration in Figure 7 shows that the metal ring 228 and the plastic ring 230 along abutment surfaces 234 abut each other.
  • annular positioning device 208 is achieved that on the inner peripheral surface of the particular designed as a pole tube 28 housing the electric machine 10th
  • pole pieces 31 of the excitation windings 34 can be attached without them during operation of the electric Leave the machine the original installation position, so as to ensure that the starting power of the starter of the electric machine due to relative movements of river iron 200 and permanent magnets 31 decreases.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine (10), insbesondere eine Startervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Gehäuse (28), in dem mindestens ein Magnet (31) und mindestens ein Flusseisen (200) umfasst, aufgenommen sind. Der mindestens eine Magnet (31) und das mindestens eine Flusseisen (200) sind durch eine ringförmige Positionierungseinrichtung (208) zumindest in radialer Richtung und in Umfangsrichtung im Gehäuse (28) gehalten.

Description

Beschreibung Titel
Elektrische Maschine mit Befestigungsvorrichtung für Magneten Stand der Technik
DE 101 48 652 A1 bezieht sich eine Gleichstrommaschine und ein Verfahren zum Befestigen von Magneten an einem Polgehäuse einer Gleichstrommaschine. Am Polgehäuse ist eine Magnethaltevorrichtung befestigt, an der die Magnete, bei denen sich insbesondere um Permanentmagnete handelt, gehalten sind. Die Magnethaltevorrichtung ist am Innenumfang des Polgehäuses befestigt und von einem ringförmigen Haltekäfig gebildet. Der Haltekäfig ist mit einem in axiale Richtung verlaufenden, durchgehenden Schlitz versehen und
federelastisch, vorzugsweise einteilig ausgebildet. Der Haltekäfig wird aus einer Platine herausgearbeitet, vorzugsweise gestanzt und anschließend durch Rollen in seine Ringform gebracht. Der Haltekäfig gemäß DE 101 48 652 A1 wird kraftschlüssig im Polgehäuse der Gleichstrommaschine gehalten. Die Kraftschlussverbindung ist aufgrund von
materialbedingten Rückstellkräften des in seine Ringform gerollten Haltekäfigs erzeugt, die gegebenenfalls durch Überdrücken des gerollten Haltekäfigs noch vergrößerbar sind. Der Haltekäfig weist Taschen zur Aufnahme jeweils eines Magneten auf.
Bei den aus dem Stande der Technik bekannten elektrischen Maschinen, tritt das Problem hoher Toleranzketten und damit einhergehender sich addierender Toleranzen auf. Werden zum Beispiel Magnete, insbesondere Permanentmagnete mit separaten Haltern bzw.
Haltefedern an der Innenumfangsfläche des Polgehäuses befestigt, speziell Flusseisen über Rasthaken bzw. in Vorsprüngen an der Innenumfangsfläche des Polgehäuses eingreifende Öffnungen der Magnethalter zur Aufnahme der Einzelmagnete mehrteilig ausgebildet, so tritt das Problem sich addierender Toleranzen auf. Sich addierende Toleranzen, zum Beispiel zwischen den Bürsten und den Magneten, die oftmals mit einem Umfangswinkelfehler in Bezug aufeinander eingebaut sind, bewirken, dass der Kommutierungswinkel nur unzureichend genau bzw. mit einer sehr hohen Toleranz eingehalten werden kann.
Ungenauigkeiten hinsichtlich der Lage unter Beibehaltung des Kommutierungswinkels der elektrischen Maschine, vermindern jedoch zwangsläufig die Leistung der elektrischen Maschine. Wird der bisher mehrteilig ausgebildete Magnethalter dann über Einstanzungen oder über Einprägungen, die im Polgehäuse angebracht werden fixiert, so ist die
Lagegenauigkeit der Magneten und der Bürsten durch die Genauigkeit dieser Einprägungen oder Einstanzungen definiert. Treten bei dem Einbringen der Einstanzungen in das Material des Polgehäuses Ungenauigkeiten auf, so tritt diese Toleranz zur ohnehin schon sehr langen Toleranzkette hinzu.
Darstellung der Erfindung Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, an einer elektrischen Maschine eine ringförmig ausgebildete Positionierungseinrichtung einzusetzen, welche sowohl die Magnete, insbesondere die eingesetzten Permanentmagnete, als auch die Flusseisen, sowohl in tangentialer Richtung als auch in radialer Richtung abstützt und die eine verbesserte Positionierung im Gegensatz zu bisher zur Positionierung der Magnete bzw. der Flusseisen eingesetzten Federn ermöglicht. Die ringförmig ausgeführte Positionierungseinrichtung verleiht insbesondere der Positionierung der Beibehaltung der ursprünglichen
Montagepositionen von Magneten und Flusseisen dadurch eine bessere Stabilität, dass zwischen der ringförmig ausgeführten Positionierungsvorrichtung und dem Polgehäuse der elektrischen Maschine eine ankerförmige Fixierung ausgebildet ist. Diese, bevorzugt als Formschlussverbindung zwischen der ringförmigen Positionierungseinrichtung und dem Polgehäuse ausgebildete Befestigung, ist einerseits erschütterungsunempfindlich und andererseits auch temperaturunabhängig. Dies bedeutet, dass auch bei Belastungsspitzen der elektrischen Maschine, wie sie im Dauerbetrieb oder auch bei Kurzzeitbetrieb auftreten können, der unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten eines beispielsweise aus Kunststoffmaterial gefertigten ringförmigen Positionierungseinrichtung und des in der Regel als metallisches Rohr gefertigten Polgehäuses die Güte der Befestigung nicht
beeinträchtigen. Diese ist vielmehr so ausgelegt, dass durch die ringförmig ausgebildete Positionierungseinrichtung die Magnete wie auch die Flusseisen in tangentialer und radialer Richtung ihre ursprüngliche Montageposition beibehalten, so dass sich keine
Leistungsverluste an der elektrischen Maschine, insbesondere einer Startervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, einstellen.
Im Wesentlichen ist die beispielsweise als Kunststoff ring ausgebildete ringförmige
Positionierungseinrichtung derart ausgebildet, dass diese als Spritzgussteil aus
Kunststoffmaterial gefertigt wird und welche sowohl axial als auch radial sowie tangential sich erstreckende Stützflächen aufweist. Diese Stützflächen halten die Magnete sowie die Flusseisen in der ursprünglichen Montageposition innerhalb des Polgehäuses.
Bevorzugt wird die beispielsweise bevorzugt als Kunststoff ring gefertigte ringförmig ausgebildete Positionierungseinrichtung durch Schnappverschlüsse im Polgehäuse befestigt, so dass sich unmittelbar mit der Montage derselben einerseits eine definierte Einbauposition der ringförmig ausgebildeten Positionierungseinrichtung ergibt und zwangsläufig durch diese durch unmittelbaren Kontakt sowohl mit dem Flusseisen als auch mit den Magneten, insbesondere den Permanentmagneten deren ursprüngliche Montageposition an der Innenmantelfläche des Polgehäuses der elektrischen Maschine definiert, dauerhaft beibehalten wird. Neben der Ausbildung der ringförmig ausgebildeten
Befestigungsvorrichtung als Kunststoffbauteil, kann dieses auch als Hybridbauteil gefertigt werden, d.h. ein Bauteil der in diesem Falle mehrteilig ausgebildeten, ringförmigen
Befestigungseinrichtung kann als Kunststoffbauteil, das andere beispielsweise aus metallischem Werkstoff gefertigt werden. So kann zum Beispiel im Wege des
Spritzgießverfahrens um einen metallischen Ring Kunststoffmaterial spritzgegossen werden, wobei der metallische Ring dem als Hybridbauteil ausgebildeten ringförmigen
Positionierungseinrichtung die notwendige mechanische Stabilität verleiht. An das
Kunststoffmaterial lassen sich in vorteilhafter Weise einerseits die Verrastungen des als Hybridbauteil ausgebildeten ringförmigen Positionierungseinrichtung sowie die Stützflächen in axiale, radiale und tangentiale Richtung für die Magneten bzw. die Flusseisen ausbilden, während andererseits auch die Möglichkeit besteht, die erfindungsgemäß vorgeschlagene, ringförmig ausgebildete Positionierungseinrichtung nicht im Wege des Spritzgussverfahrens durch Umspritzen eines metallischen Ringes mit Kunststoffmaterial auszubilden, sondern zwei getrennte Bauteile bereitzustellen, d.h. einen Kunststoff ring und einen metallischen
Ring, die in einem separaten Montageschritt bei der Montage zusammengeführt werden. Bei dieser alternativen Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen ringförmigen Befestigungsvorrichtung, kann zum Beispiel eine federnd ausgebildete Verrastung zwischen dem Polgehäuse und dem metallischen Ring der zweiteilig ausgebildeten ringförmigen Positionierungseinrichtung geschaffen werden. Diese hat eine elastischeres Federverhalten, insbesondere bei auftretenden Erschütterungen, verglichen mit einer Verrastung, die zum Beispiel im Wege des Kunststoffspritzgussverfahrens um einen metallischen Ring herum ausgebildet wird. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben: Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine als Startervorrichtung ausgebildete
elektrische Maschine,
Figur 1 a eine aus dem Stand der Technik bekannte Ausführungsvariante zur Fixierung von Flusseisen und Magneten mittels Haltefedern,
Figur 1 b eine ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannte Ausführungsvariante zur
Fixierung von Flusseisen und Magneten mittels zweier in das Innere des Polgehäuses eingeführter Halteringe, Figur 2 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
ringförmigen Positionierungseinrichtung,
Figur 3 eine perspektivische Seitenansicht der ringförmig ausgebildeten
Positionierungseinrichtung gemäß Figur 2,
Figur 4 eine seitliche Draufsicht auf ein Hybridteil, bestehend aus metallischem Ring und umspritztem Kunststoff material,
Figur 5 eine alternative Ausführungsvariante der ringförmig ausgebildeten
Positionierungseinrichtung aus metallischem Ring und Kunststoff ring,
Figur 6 die gemäß Figur 5 als separate Baukomponenten perspektivisch dargestellten
Komponenten Metallring und Kunststoff im gefügten Zustand und Figur 7 eine seitliche Draufsicht auf den gemäß Figur 6 aus Metallring und Kunststoffring ringförmige Positionierungseinrichtung.
Ausführungsvarianten Der Darstellung gemäß Figur 1 ist eine, insbesondere als Startervorrichtung ausgebildete elektrische Maschine im Längsschnitt zu entnehmen.
Die Startvorrichtung 10 gemäß Figur 1 weist beispielsweise einen Startermotor 13 und einen Vorspuraktuator 16, der zum Beispiel als Relais oder Starterrelais ausgebildet sein kann, auf. Der Startermotor 13 und der elektrische Vorspuraktuator 16 sind an einem gemeinsamen Antriebslagerschild 19 befestigt. Der Startermotor 13 dient funktionell dazu, ein Andrehritzel 22 anzutreiben, wenn es in den Zahnkranz 25 der hier nicht dargestellten
Brennkraftmaschine eingespurt ist.
Der Startermotor 13 weist als Gehäuse ein Polrohr 28, dass an seinem Innenumfang
Polschuhe 31 trägt, die jeweils von einer Erregerwicklung 34 umwickelt sind. Die Polschuhe 31 umgeben wiederum einen Anker 37, der ein aus Lamellen 40 aufgebautes Ankerpaket 43 und ein in Nuten 46 angeordnete Ankerwicklung 49 aufweist. Das Ankerpaket 43 ist auf eine Antriebswelle 44 aufgepresst. An dem dem Andrehritzel 22 abgewandten Ende der
Antriebswelle 13, ist des Weiteren ein Kommutator 52 angebracht, der unter anderem aus einzelnen Kommutatorlamellen 55 aufgebaut ist. Die Kommutatorlamellen 55 sind in bekannter Weise mit der Ankerwicklung 49 derart elektrisch verbunden, dass sich bei Bestromung der Kommutatorlamellen 55 durch Kohlebürsten 58 eine Drehbewegung des Ankers 37 innerhalb des Polrohrs 28 einstellt. Eine zwischen dem elektrischen Antrieb und dem Startermotor 13 angeordnete Stromzufuhr 61 , versorgt im Einschaltzustand sowohl die Kohlebürsten 58 als auch die Erregerwicklung 34 mit Strom. Die Antriebswelle 13 ist kommutatorseitig mit einem Wellenzapfen 64 in einem Gleitlager 67 abgestützt, welches wiederum in einem Kommutatorlagerdeckel 70 ortsfest gehalten ist. Der
Kommutatorlagerdeckel 70 wiederum wird mittels Zuganker 73, die über den Umfang des Polrohrs 28 verteilt angeordnet sein können, so zum Beispiel Schrauben, beispielsweise zwei drei oder vier Stück, im Antriebslagerschild 19 befestigt. Es stützt sich dabei das Polrohr 28 am Antriebslagerschild 19 ab und der Kommutatorlagerdeckel 70 seinerseits am Polrohr 28.
In Antriebsrichtung gesehen, schließt sich an den Anker 37 ein Sonnenrad 80 an, das Teil eines beispielsweise als Planetengetriebe ausgebildeten Umlaufgetriebes 83 ist. Das Sonnenrad 80 ist von mehreren Planetenrädern 86 umgeben, üblicherweise drei
Planetenräder 86, die ihrerseits mittels Wälzlagern 89 auf Achszapfen 92 abgestützt sind. Die Planetenräder 86 wälzen innerhalb eines Hohlrades 95 ab, das im Polrohr 28 außenseitig gelagert ist. In Richtung zur Abtriebsseite hin schließt sich an die Planetenräder 86 ein Planetenträger 98 an, in dem die Achszapfen 92 aufgenommen sind. Der
Planetenträger 98 wird wiederum in einem Zwischenlager 101 und einem darin
angeordneten Gleitlager 104 gelagert. Das Zwischenlager 101 ist derart topfförm ig gestaltet, dass in diesem sowohl der Planetenträger 98 als auch die Planetenräder 86 aufgenommen sind. Des Weiteren ist im topfförmigen Zwischenlager 101 das Hohlrad 195 angeordnet, das letztlich durch einen Deckel 107 gegenüber dem Anker 37 geschlossen ist. Auch das Zwischenlager 101 stützt sich mit seinem Außenumfang an der Innenseite des Polrohr 28 ab. Der Anker 37 weist auf dem vom Kommutator 52 abgewandten Ende der Antriebswelle 13 einen weiteren Wellenzapfen 110 auf, der ebenfalls in einem Gleitlager 113
aufgenommen ist. Das Gleitlager 113 wiederum ist in einer zentralen Bohrung des
Planetenträgers 98 aufgenommen. Der Planetenträger 98 ist einstückig mit der Abtriebswelle 1 16 verbunden. Die Abtriebswelle 1 16 ist mit ihrem vom Zwischenlager 101 abgewandten Ende 119 in einem weiteren Lager 122, welches im Antriebslagerschild 1 19 befestigt ist, abgestützt.
Die Abtriebswelle 116 ist in verschiedene Abschnitte aufgeteilt: So folgt dem Abschnitt, der im Gleitlager 104 des Zwischenlagers 101 angeordnet ist, ein Abschnitt mit einer
Geradverzahnung 125 (Innenverzahnung), die Teil einer Wellen-Naben-Verbindung 128 ist. Die Wellen-Naben-Verbindung 128 ermöglicht in diesem Falle das axial geradlinige Gleiten eines Mitnehmers 131. Der Mitnehmer 131 ist ein hülsenartiger Fortsatz, der einstückig mit einem topfförmigen Außenring 132 des Freilaufs 137 verbunden ist. Der Freilauf 137, bei dem es sich beispielsweise um ein Richtgesperre handeln kann, besteht des Weiteren aus einem Innenring 140, der radial innerhalb des Außenringes 132 angeordnet ist. Zwischen dem Innenring 140 und dem Außenring 132 sind Klemmkörper 138 angeordnet. Die
Klemmkörper 138 verhindern in Zusammenwirkung mit dem Innenring 140 und dem
Außenring 132 eine Relativdrehung zwischen dem Außenring 132 und dem Innenring 140 in eine zweite Richtung. Mit anderen Worten: Der Freilauf 137 ermöglicht eine umlaufende Relativbewegung zwischen dem Innenring 140 und dem Außenring 132 nur in eine Richtung. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Innenring 140 einstückig mit dem Andrehritzel 22 und dessen Schrägverzahnung 143 (Außenschrägverzahnung) ausgeführt. Das Andrehritzel 22 kann alternativ auch als geradverzahntes Ritzel ausgeführt sein. Statt elektromagnetisch erregter Polschuhe 31 mit Erregerwicklung 34, können auch permanentmagnetisch erregte Pole eingesetzt werden, d.h. Permanentmagnete 31. Der elektrische Vorspuraktuator 16 bzw. ein linear beweglicher Anker 168 in diesem hat darüber hinaus auch die Aufgabe, mit einem Zugelement 187 einen im Antriebslagerschild 19 drehbeweglich angeordneten Hebel 190 zu bewegen. Der Hebel 190, der üblicherweise als Gabelhebel ausgeführt ist, umgreift mit zwei hier nicht dargestellten Zinken zwei Scheiben 193 bzw. 194 an ihrem Außenumfang, um einen zwischen diesen eingeklemmten Mitnehmerring 197 zum Freilauf 137 hin gegen den Widerstand einer Feder 200 zu bewegen und dadurch das Andrehritzel 22 in den Zahnkranz 25, der in der Darstellung gemäß Figur 1 nicht dargestellten Brennkraftmaschine einzuspuren. Nachfolgend wird auf den Einspurmechanismus detaillierter eingegangen. Der elektrische Vorspuraktuator 16 weist einen Bolzen 150 auf, der einen elektrischen Kontakt darstellt und im Falle des Eingebautseins im Fahrzeug an dem Pluspol einer elektrischen Starterbatterie, die in Figur 1 nicht dargestellt ist, angeschlossen ist. Der Bolzen 150 ist durch einen Deckel 153 hindurchgeführt. Ein zweiter Bolzen 152 stellt einen Anschluss für den elektrischen Startermotor 13 dar, der über die Stromzufuhr 61 (dicke Litze) versorgt wird. Der Deckel 153 schließt ein Gehäuse 156 aus Stahl ab, welches mittels mehrerer Befestigungselemente 159, die beispielsweise als Schrauben ausgeführt werden können, am Antriebslagerschild 19 befestigt ist. In dem elektrischen Vorspuraktuator 16 ist eine Schubeinrichtung 160 zur Ausübung einer Zugkraft auf den Gabelhebel 190 sowie eine Schalteinrichtung 161 angeordnet. Die Schubeinrichtung 160 umfasst eine Wcklung 162 und die Schalteinrichtung 161 eine Wicklung 165. Die Wcklung 162 der Schubeinrichtung 160 und die Wicklung 165 der Schalteinrichtung 161 bewirken jeweils im eingeschalteten Zustand ein
elektromagnetisches Feld, welches verschiedene Bauteile durchströmt. Die Wellen-Naben- Verbindung 128 kann anstelle mit einer Geradverzahnung 125 auch mit einer
Steilgewindeverzahnung ausgestattet sein. Es sind dabei die Kombinationen möglich, wonach a) das Andrehritzel 22 schräg verzahnt ausgeführt ist und die Wellen-Naben- Verbindung 128 eine Geradverzahnung 125 aufweist, oder b) das Andrehritzel 22 schräg verzahnt ist und die Wellen-Naben-Verbindung 128 eine Steilgewindeverzahnung aufweist oder c) das Andrehritzel 22 geradverzahnt ausgeführt ist und die Wellen-Naben-Verbindung 128 eine Steilgewindeverzahnung aufweist.
Figur 1 a ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Befestigungsmöglichkeit für
Flusseisen und Magnete innerhalb eines Polgehäuses zu entnehmen. Das in Figur 1a dargestellte Gehäuse 28 stellt ein Polrohr der elektrischen Maschine 10 dar. An dessen Innenseite sind zum Beispiel Permanentmagnete 31 oder auch Polschuhe 31 , die Erregerwicklungen 34 aufweisen, aufgenommen. Zwischen den einzelnen Magneten finden sich gemäß der Explosionsdarstellung in Figur 1a Flusseisen 200, die sich im Wesentlichen in axiale Richtung erstreckenden Haltefedern 202, am Innenumfang des Gehäuses der elektrischen Maschine angeordnet sind. Bei diesem Gehäuse handelt es sich um das Polrohr 28 der elektrischen Maschine, die insbesondere als Startereinrichtung für eine
Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist. Figur 1 b zeigt eine andere Ausführungsvariante der Fixierung von Magneten bzw. Flusseisen am Gehäuse einer elektrischen Maschine.
Der Explosionsdarstellung gemäß Figur 1 b ist zu entnehmen, dass in das Gehäuse 28 der elektrischen Maschine, d.h. das Polrohr die Magnete 31 , die Stator der elektrischen
Maschine darstellen, beispielsweise durch einen ersten Haltering 104 und einen zweiten Haltering 206 fixiert sind. Zwischen den einzelnen in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Permanentmagneten bzw. Polschuhen mit Erregerwicklung, vergleiche Position 31 , sind stabförmig konfigurierte Flusseisen 200 eingebracht. Sowohl die
Permanentmagnete bzw. Polschuhe mit Erregerwicklung als auch die Flusseisen 200, werden durch den ersten Haltering 204 und den zweiten Haltering 206 an der
Innenumfangsfläche des Gehäuses der elektrischen Maschine fixiert.
Der Darstellung gemäß Figur 2 ist eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäß vorgeschlagenen ringförmigen Positionierungseinrichtung zu entnehmen.
Eine in Figur 2 perspektivisch dargestellte ringförmige Positionierungseinrichtung 208, kann einerseits, vergleiche die Figuren 2, 3 und 4, als Hybridbauteil beschaffen sein, bei welchem eine Kunststoffumspritzung 226 einen metallischen Einsatz 224 umgibt. In den Figuren 5, 6 und 7 ist eine Ausführungsvariante der ringförmigen
Positionierungseinrichtung 208 zu entnehmen, die aus zwei separaten Bauteilen, nämlich einem Metallring 228 und einem Kunststoff ring 230 gefertigt ist, die im montierten Zustand ein gefügtes Bauteil, die ringförmige Positionierungseinrichtung 208 darstellen. Aus der perspektivischen Ansicht gemäß Figur 2 geht hervor, dass die hier als Hybridbauteil 222 gefertigte ringförmige Positionierungseinrichtung 208 eine axiale Abstützfläche 210 aufweist. Die axiale Abstützfläche 210 stellt einen umlaufenden Ring an, an dessen
Innenseite die Magnete 31 des Stators der elektrischen Maschine 10 anliegen. Dadurch sind diese in Axialrichtung fixiert. Die einzelnen Segmente der axialen Abstützfläche 210 sind in Umfangsrichtung beispielsweise in einer 60°-Teilung, vergleiche Position 216, angeordnet, welche der Abmessung der Magnete 31 in Umfangsrichtung entspricht. Darüber hinaus umfasst die ringförmige Positionierungseinrichtung 208 gemäß der perspektivischen
Darstellung in Figur 2 sich in axialer Richtung erstreckende Axialvorsprünge 218. An diesen wiederum sind an der Innenseite, d.h. auf der den Magneten 31 zuweisenden Seite, tangentiale Abstützflächen 214 ausgebildet. Darüber hinaus umfasst die ringförmige
Positionierungseinrichtung 208 gemäß der perspektivischen Darstellung in Figur 2 eine umlaufende radiale Abstützfläche 212, welche die Magnete 31 in ihrer Einbaulage im Gehäuse 28 an dessen Innenumfang fixieren. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene ringförmige Positionierungseinrichtung 208 - hier ausgebildet als Hybridbauteil 222 - wird gewährleistet, dass die Magneten 31 sowohl axial als auch radial und darüber hinaus auch in tangentiale Richtung an der Innenumfangsfläche des Polrohrs 28 der elektrischen Maschine 10 fixiert sind. Darüber hinaus sind die Axialvorsprünge 218 mit einer Vertiefung 220 versehen. Die Vertiefung 220 ist etwa nutförmig ausgebildet und entspricht der Geometrie der Flusseisen 200, die zwischen den einzelnen Magneten 31 an der Innenumfangsfläche des Polrohrs 28 befestigt sind.
Der Darstellung gemäß Figur 3 ist ebenfalls eine perspektivische Ansicht der in dieser Ausführungsvariante als Hybridbauteil gefertigten ringförmig ausgebildeten
Positionierungseinrichtung zu entnehmen. Aus der perspektivischen Draufsicht gemäß Figur
3 geht hervor, dass die einzelnen in 60°-Teilung angeordneten Axialvorsprünge 218 jeweils eine Vertiefung 220 zur Positionierung der Flusseisen 200 aufweisen. Mit Bezugszeichen 210 ist die axiale Abstützfläche bezeichnet, Bezugszeichen 212 bezeichnet die
ununterbrochen an der Innenseite der ringförmigen Positionierungseinrichtung 208 ausgebildete radiale Abstützfläche 212 hin.
Figur 4 zeigt einen Schnitt durch die ringförmige Positionierungseinrichtung.
Die in Figur 4 im Schnitt dargestellte ringförmige Positionierungseinrichtung 208 ist als Hybridbauteil 222 ausgebildet, bei dem ein metallischer Einsatz 224, der der ringförmigen Positionierungseinrichtung 208 die notwendige mechanische Stabilität verleiht, von einer Kunststoffumspritzung 226 umschlossen ist. An der Kunststoffumspritzung 226 sind die Axialvorsprünge 218 in 60°-Teilung ausgeführt, entsprechend der Teilung, in welcher sowohl die Flusseisen 200 als auch die Magnete 31 an der Innenumfangsfläche des Gehäuses 28 befestigt werden.
Den Figuren 5, 6 und 7 ist eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen ringförmigen Positionierungseinrichtung zu entnehmen. Wie Figur 5 zeigt, ist in diesem Falle die ringförmige Positionierungseinrichtung 208 aus zwei Komponenten gefertigt. Einerseits handelt es sich um einen Metallring 228, der mit einem Kunststoff ring 230 gefügt wird. In der Explosionsdarstellung gemäß Figur 5 ist der Metallring 228 dargestellt, der einerseits die axiale Vorsprünge 218 - ausgeführt in 60°-Teilung - umfasst, ferner an der Innenseite ausgebildete umlaufende radiale Abstützfläche 212 sowie die axiale Abstützfläche 210 für Permanentmagnete bzw. Polschuhe 31 mit Erregerwicklung 34 des Stators der elektrischen Maschine.
Mit dem Metallring 228 gemäß der Darstellung in Figur 5, wird ein Kunststoff ring 230 gefügt, der im Bereich der Axialvorsprünge 218 des Metallringes 228 die tangentialen
Abstützflächen 214 zur Verhinderung einer Relativbewegung der Permanentmagnete an der Innenumfangsfläche des Gehäuses 28 der elektrischen Maschine 10 aufweist.
Figur 6 zeigt den gefügten Zustand der beiden in Figur 5 noch getrennten Bauteile Metallring 228 und Kunststoff ring 230.
Figur 7 wiederum zeigt eine Schnittdarstellung durch die montierte, ringförmige
Positionierungseinrichtung 208 gemäß der Darstellung in Figur 6. Aus der Darstellung gemäß Figur 7 geht hervor, dass der Metallring 228 und der Kunststoffring 230 entlang von Anlagenflächen 234 aneinander anliegen.
Mit beiden Ausführungsvarianten der erfindungsgemäß vorgeschlagenen ringförmigen Positionierungseinrichtung 208 wird erreicht, dass an der Innenumfangsfläche des insbesondere als Polrohr 28 ausgebildeten Gehäuses der elektrischen Maschine 10
Permanentmagnete und Flusseisen 200 einerseits oder andererseits Polschuhe 31 der Erregerwicklungen 34 befestigt werden können, ohne dass diese im Betrieb der elektrischen Maschine die ursprüngliche Einbauposition verlassen, so dass gewährleistet ist, dass die Startleistung des Starters der elektrischen Maschine aufgrund von Relativbewegungen von Flusseisen 200 bzw. Permanentmagneten 31 abnimmt.

Claims

Ansprüche 1. Elektrische Maschine (10), insbesondere Startervorrichtung für eine
Verbrennungskraftmaschine mit einem Gehäuse (28), in dem mindestens ein Magnet (31) und mindestens ein Flusseisen (200) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Magnet (31) und das mindestens eine Flusseisen (200) durch eine ringförmige Positionierungseinrichtung (208) zumindest radial von innen und in Umfangsrichtung im Gehäuse (28) gehalten sind.
2. Elektrische Maschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Positionierungseinrichtung (208) als Hybridbauteil (222) oder als aus zwei separaten Bauteilen (228, 230) gefügtes Bauteil ausgeführt ist.
3. Elektrische Maschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Hybridbauteil (222) einen metallischen Einsatz (224) aufweist, der von einer Kunststoffumspritzung (226) umgeben ist.
4. Elektrische Maschine gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Positionierungseinrichtung (208) axiale Abstützflächen (210), radiale Abstützflächen (212) und tangentiale Abstützflächen (214) zur Positionierung des mindestens einen Magneten (31) aufweist.
5. Elektrische Maschine gemäß der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die ringförmige Positionierungseinrichtung (208) Vertiefungen (220) zur Positionierung des mindestens einen Flusseisens (200) im Bereich von Axialvorsprüngen (218) aufweist.
6. Elektrische Maschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die ringförmige Positionierungseinrichtung (208) als gefügtes Bauteil ausgeführt ist, das den Metallring (228) an dem Axialvorsprünge (218) ausgebildet sind, aufweist.
7. Elektrische Maschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Metallring (228) axiale Abstützflächen (210), radiale Abstützflächen (212) und tangentiale Abstützflächen (214) für den mindestens einen Magneten (31) vorgesehen sind.
8. Elektrische Maschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Axialvorsprünge (218) des Metallringes (228) Vertiefungen (220) zur Positionierung des mindestens einen Flusseisens (200) aufweisen.
Elektrische Maschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Positionierungseinrichtung (208) im Gehäuse (28), insbesondere in einem Polrohr formschlüssig oder kraftschlüssig befestigt ist.
Elektrische Maschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Positionierungseinrichtung (208) Anlageflächen (210, 212, 214) zur axialen, radialen und tangentialen Positionierung des mindestens einen Magneten (31) umfasst.
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