WO2009019056A2 - Welle eines getriebemotors, insbesondere für hilfseinrichtungen in kraftfahrzeugen - Google Patents
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Definitions
- Electric motor in particular for auxiliary equipment in motor vehicles
- the invention relates to an electric motor, in particular for auxiliary equipment in motor vehicles, according to the preamble of claim 1.
- Such electric motors are used for example for windscreen wiper devices, wherein the rotational movement of the electric motor is converted into the wiping movement of the windscreen wiper.
- Wiper motors come permanent-magnet DC motors into consideration, which comprise two permanent magnets on the housing inner wall of a stator housing and an armature rotatably mounted in the stator housing on an armature shaft with an electrically loadable coil winding.
- a DC motor of this type is known, for example, from DE 10 2004 008 936 A1.
- the transmission of the drive movement of the wiper motor on the wiper arm is usually via a rack or
- Worm which is rotationally fixed on the rotor shaft and meshes with a gear, which converts the rotation of the wiper motor in the wiper movement.
- thermal problems can occur which arise because the heat generation of the electric motor is transmitted via the rotor shaft made of metal into the gear of the wiper device.
- Made of plastic existing transmission or Housing parts of the wiper device can lose strength due to the heat propagation and can finally be destroyed under the mechanical loads.
- the invention is based on the object with simple measures, the heat propagation in electric motors, which are used in particular for auxiliary equipment in motor vehicles, restrict.
- the electric motor according to the invention has a stator and a rotor, wherein the rotor is provided with a rotor shaft which is rotatably mounted relative to the stator. Furthermore, a gear wheel is rotatably mounted on the rotor shaft, which is designed either as a separate component, which on the
- Rotor shaft is pushed, or in the manner of a threaded rod is formed as a toothing in the lateral surface of the rotor shaft.
- This gear is used to transmit the wave motion of the rotor shaft to a meshing gear of the auxiliary device.
- an insulating part is integrated in the rotor shaft, which has a smaller coefficient of thermal conduction than the rotor shaft and thereby acts thermally insulating in the axial direction of the rotor shaft. Furthermore, at least a portion of the insulating member between the gear and the stator of the electric motor, so that the insulating member restricts the heat propagation to the gear on the rotor shaft and thereby prevents further heat propagation to components of the auxiliary device or at least greatly reduced. This ensures that even with prolonged operation of the electric motor and a concomitant heat development heat-sensitive components, In particular, plastic components such as a plastic housing or gears made of plastic are protected from the action of heat and can not deform.
- the integration of the isolation part in the rotor shaft can be carried out in various ways. It is possible for a positioning of the insulating part at a distance from the free end face of the rotor shaft, ie an integration in a central portion of the rotor shaft, in which case the gear is disposed on the outer part of the rotor shaft beyond the insulating part. As an alternative to this, positioning of the insulating part on the front side of the rotor shaft is also possible, so that the insulating part itself forms the free end face of the shaft, in which case the gear wheel rests directly on the insulating part. In any case, it is ensured that in the transmission path between the stator of the electric motor and lying outside the stator housing gear at least a portion of the insulating part is located and thereby the heat propagation is insulated.
- the insulating part can extend over the entire cross section of the rotor shaft, so that the rotor shaft is completely interrupted by the insulating part or - in the case of an end-side arrangement - is completed by this front side.
- This version offers the best inhibition of heat dissipation.
- the insulating section consists of a mixture of rotor shaft material and insulating material, such that insulation material is additionally introduced into the material of the rotor shaft in this area. Also in this embodiment, in which the insulating part does not form a separate component, but is part of the rotor shaft, the axial heat propagation is reduced.
- the axial length of the insulating part is determined depending on the requirements of the thermal insulation capacity, structural conditions and the strength of the rotor shaft. Conveniently, however, the insulating part has a significantly shorter length than the rotor shaft, which is in particular not more than 10% of the rotor wavelength, but may also be significantly shorter than 10%, for example 3% or 5% of the rotor wavelength.
- the electric motor is used in particular as a wiper motor for windscreen wiper devices in motor vehicles. It has proven to be expedient to permanently excited
- DC motors which are preferably designed as an internal rotor motor with internal rotor shaft.
- the permanent magnetic field is generated by permanent magnets in the stator housing, the alternating magnetic field of an energizable coil which rests on the rotor shaft designed as an armature shaft.
- the electric motor 1 serves as an example as a wiper motor for a windshield wiper device in a motor vehicle.
- the electric motor 1 consists of a stator with a stator housing 3, on the inner sides of which permanent magnets 4a, 4b are arranged, and a rotor or armature 5, which has a rotor shaft 6 rotatably mounted in the interior of the stator 2 and a coil 7 arranged on the rotor shaft 6 and can be energized via a commutator 8.
- the armature or rotor shaft 6 carries in the region of its free, lying outside the stator housing 3 end face a screw 9 which is rotatably connected to the rotor shaft 6 and meshes with a gear 10, which is part of
- Wiper device is. In principle, it is also possible not to form the screw 9 as a separate component, but to provide the lateral surface of the rotor shaft 6 with a thread in the manner of a spindle drive.
- an insulating part 11 is integrated in the rotor shaft 6, which has a smaller coefficient of thermal conductivity than the rotor shaft and thereby acts in the axial direction thermally insulating.
- the insulating member 11 consists for example of a solid plastic material, in principle, all materials come into question, on the one hand act thermally insulating and on the other hand have a sufficiently high strength to transfer the forces and moments occurring in operation in the rotor shaft can.
- the insulating member 11 has the same diameter as the shaft portions of the rotor shaft 6, which extend to both sides of the insulating member. In principle, it is also possible, different
- the insulating part 11 is arranged on the end face of the rotor shaft, in which case the screw 9 and the threaded portion has a smaller axial length than that
- Isolation part and also at least a portion of the Isolation part between the thread or the screw 9 and the protruding into the stator housing shaft section is located.
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Abstract
Ein Elektromotor weist einen Stator (2) und einen Rotor (5) auf, der eine Rotorwelle (6) umfasst, welche gegenüber dem Stator (2) drehbar gelagert ist, wobei eine Schnecke (9) drehfest mit der Rotorwelle (6) verbunden ist. In die Rotorwelle (6) ist ein Isolationsteil (11) integriert, das einen kleineren Wärmeleitkoeffizient als die Rotorwelle (6) aufweist, wobei zumindest ein Abschnitt des Isolationsteils (11) zwischen dem Zahnrad (10) und dem Stator (2) liegt.
Description
BeSchreibung
Titel
Elektromotor, insbesondere für Hilfseinrichtungen in Kraftfahrzeugen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor, insbesondere für Hilfseinrichtungen in Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
Derartige Elektromotoren werden beispielsweise für Scheibenwischvorrichtungen eingesetzt, wobei die Rotationsbewegung des Elektromotors in die Wischbewegung des Scheibenwischers umgesetzt wird. Als Elektro- bzw.
Wischermotoren kommen permanenterregte Gleichstrommotoren in Betracht, die zwei Permanentmagnete auf der Gehäuseinnenwand eines Statorgehäuses und einen im Statorgehäuse drehbar gelagerten Anker auf einer Ankerwelle mit einer elektrisch beaufschlagbaren Spulenwicklung umfassen. Ein Gleichstrommotor dieser Art ist beispielsweise aus der DE 10 2004 008 936 Al bekannt .
Die Übertragung der Antriebsbewegung des Wischermotors auf den Wischerarm erfolgt in der Regel über eine Zahnstange oder
Schnecke, die drehfest auf der Rotorwelle aufsitzt und mit einem Zahnrad kämmt, welches die Drehbewegung des Wischermotors in die Wischerbewegung umsetzt. Im laufenden Betrieb können thermische Probleme auftreten, die dadurch entstehen, dass die Wärmeentwicklung des Elektromotors über die aus Metall gefertigte Rotorwelle in das Getriebe der Wischereinrichtung übertragen wird. Aus Kunststoff bestehende Getriebe- bzw.
Gehäuseteile der Wischereinrichtung können durch die Wärmeausbreitung an Festigkeit verlieren und schließlich unter den mechanischen Belastungen zerstört werden.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen die Wärmeausbreitung in Elektromotoren, die insbesondere für Hilfseinrichtungen in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, einzuschränken.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Der erfindungsgemäße Elektromotor weist einen Stator und einen Rotor auf, wobei der Rotor mit einer Rotorwelle versehen ist, welche gegenüber dem Stator drehbar gelagert ist. Des Weiteren ist auf der Rotorwelle ein Zahnrad drehfest angeordnet, welches entweder als separates Bauteil ausgebildet ist, das auf die
Rotorwelle aufgeschoben ist, oder nach Art einer Gewindestange als Verzahnung in der Mantelfläche der Rotorwelle ausgebildet ist. Dieses Zahnrad dient zur Übertragung der Wellenbewegung der Rotorwelle auf ein kämmendes Zahnrad der Hilfseinrichtung.
Um die Wärmeausbreitung einzuschränken, ist in die Rotorwelle ein Isolationsteil integriert, das einen kleineren Wärmeleitkoeffizienten als die Rotorwelle aufweist und dadurch in Achsrichtung der Rotorwelle thermisch isolierend wirkt. Des Weiteren liegt zumindest ein Abschnitt des Isolationsteils zwischen dem Zahnrad und dem Stator des Elektromotors, so dass das Isolationsteil die Wärmeausbreitung zu dem Zahnrad auf der Rotorwelle einschränkt und dadurch eine weitere Wärmeausbreitung auf Bauteile der Hilfseinrichtung verhindert oder zumindest stark reduziert wird. Dadurch ist sichergestellt, dass auch bei längerem Betrieb des Elektromotors und einer damit einhergehenden Wärmeentwicklung wärmeempfindliche Bauteile,
insbesondere Kunststoffbauteile wie ein Kunststoffgehäuse oder Zahnräder aus Kunststoff vor der Wärmeeinwirkung geschützt sind und sich nicht verformen können.
Die Integration des Isolationsteils in die Rotorwelle kann auf verschiedene Arten durchgeführt werden. Möglich ist zum einen eine Positionierung des Isolationsteils mit Abstand zur freien Stirnseite der Rotorwelle, also eine Integration in einen mittleren Abschnitt der Rotorwelle, wobei in diesem Fall das Zahnrad auf dem außen liegenden Teil der Rotorwelle jenseits des Isolationsteils angeordnet ist. Als Alternative hierzu kommt auch eine Positionierung des Isolationsteils an der Stirnseite der Rotorwelle in Betracht, so dass das Isolationsteil selbst die freie Stirnseite der Welle bildet, wobei in diesem Fall das Zahnrad unmittelbar auf dem Isolationsteil aufsitzt. In jedem Fall ist sichergestellt, dass im Übertragungsweg zwischen dem Stator des Elektromotors und dem außerhalb des Statorgehäuses liegenden Zahnrad zumindest ein Abschnitt des Isolationsteil liegt und dadurch die Wärmeausbreitung gedämmt ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann sich das Isolationsteil über den gesamten Querschnitt der Rotorwelle erstrecken, so dass die Rotorwelle vollständig von dem Isolationsteil unterbrochen bzw. - im Falle einer stirnseitigen Anordnung - von diesem stirnseitig abgeschlossen ist. Diese Ausführung bietet die beste Hemmung der Wärmeausbreitung.
Möglich ist aber auch eine Ausführung mit lediglich reduziertem Querschnitt des Isolationsteils im Vergleich zum Querschnitt der Rotorwelle. Beispielsweise kann die Rotorwelle selbst einen
Abschnitt mit reduziertem Durchmesser aufweisen, in den ein als Hülse ausgebildetes Isolationsteil eingesetzt wird. Der Vorteil dieser Ausführung liegt in der einfachen Realisierung, außerdem ist eine ausreichend hohe Festigkeit der durchgehend ausgebildeten Rotorwelle gegeben.
- A -
Gemäß noch einer weiteren Ausführung besteht der isolierende Abschnitt aus einer Mischung von Rotorwellenmaterial und Isolationsmaterial, dergestalt, dass in diesem Bereich in das Material der Rotorwelle zusätzlich Isolationsmaterial eingebracht ist. Auch in dieser Ausführung, in der das Isolationsteil kein separates Bauteil bildet, sondern Bestandteil der Rotorwelle ist, ist die axiale Wärmeausbreitung reduziert .
Die axiale Länge des Isolationsteils wird je nach Anforderung an das Wärmeisolationsvermögen, an konstruktive Gegebenheiten und an die Festigkeit der Rotorwelle bestimmt. Zweckmäßigerweise weist das Isolationsteil aber eine signifikant kürzere Länge als die Rotorwelle auf, die insbesondere nicht mehr als 10 % der Rotorwellenlänge beträgt, ggf. aber auch deutlich kürzer als 10 % sein kann, beispielsweise 3 % oder 5 % der Rotorwellenlänge.
Der Elektromotor wird insbesondere als Wischermotor für Scheibenwischereinrichtungen in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Hierbei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, permanenterregte
Gleichstrommotoren zu verwenden, die bevorzugt als Innenläufer- Motor mit innen liegender Rotorwelle ausgebildet sind. Das Permanentmagnetfeld wird von Permanentmagneten im Statorgehäuse erzeugt, das magnetische Wechselfeld von einer bestrombaren Spule, die auf der als Ankerwelle ausgebildeten Rotorwelle aufsitzt .
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, in der ein permanenterregter Innenläufer- Gleichstrommotor in schematischer Weise dargestellt ist, dessen Ankerwelle stirnseitig eine Schnecke trägt, die mit einem Zahnrad einer Hilfseinrichtung kämmt.
Der Elektromotor 1 dient beispielhaft als Wischermotor für eine Scheibenwischeinrichtung in einem Kraftfahrzeug. Der Elektromotor 1 besteht aus einem Stator mit einem Statorgehäuse
3, an dessen Innenseiten Permanentmagnete 4a, 4b angeordnet sind, und einem Rotor bzw. Anker 5, der eine drehbar im Inneren des Stators 2 gelagerte Rotorwelle 6 und eine auf der Rotorwelle 6 angeordnete, über einen Kommutator 8 bestrombare Spule 7 aufweist.
Die Anker- bzw. Rotorwelle 6 trägt im Bereich ihrer freien, außerhalb des Statorgehäuses 3 liegenden Stirnseite eine Schnecke 9, die drehfest mit der Rotorwelle 6 verbunden ist und mit einem Zahnrad 10 kämmt, welches Bestandteil der
Wischereinrichtung ist. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die Schnecke 9 nicht als separates Bauteil auszubilden, sondern die Mantelfläche der Rotorwelle 6 mit einem Gewinde nach Art eines Spindelantriebs zu versehen.
Außerhalb des Statorgehäuses 3 ist in die Rotorwelle 6 ein Isolationsteil 11 integriert, welches einen kleineren Wärmeleitkoeffizienten als die Rotorwelle aufweist und dadurch in Achsrichtung thermisch isolierend wirkt. Das Isolationsteil 11 besteht beispielsweise aus einem festen Kunststoffmaterial, wobei grundsätzlich alle Materialien infrage kommen, die zum einen thermisch isolierend wirken und zum anderen eine ausreichend hohe Festigkeit aufweisen, um die im Betrieb auftretenden Kräfte und Momente in der Rotorwelle übertragen zu können.
Im Ausführungsbeispiel besitzt das Isolationsteil 11 den gleichen Durchmesser wie die Wellenabschnitte der Rotorwelle 6, die sich zu beiden Seiten des Isolationsteils erstrecken. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, unterschiedliche
Durchmesser und/oder unterschiedliche Querschnittsflächen von Isolationsteil und Rotorwelle vorzusehen. Des Weiteren ist es möglich, dass das Isolationsteil 11 an der Stirnseite der Rotorwelle angeordnet wird, wobei in diesem Fall die Schnecke 9 bzw. der Gewindeabschnitt eine kleinere axiale Länge als das
Isolationsteil aufweist und außerdem zumindest ein Abschnitt des
Isolationsteils zwischen dem Gewinde bzw. der Schnecke 9 und dem in das Statorgehäuse einragenden Wellenabschnitt liegt.
Aufgrund der thermisch isolierenden Eigenschaften des Isolationsteiles 11 ist die axiale Wärmeausbreitung gehemmt, so dass auch Zahnräder 10 der Hilfseinrichtung aus Kunststoff eingesetzt werden können, ohne dass die Gefahr besteht, dass derartige KunststoffZahnräder durch Wärmeeinwirkung erweichen.
Grundsätzlich kommt auch eine Anwendung der Erfindung auf Außenläufer-Motoren in Betracht.
Claims
1. Elektromotor, insbesondere für Hilfseinrichtungen in Kraftfahrzeugen, mit einem Stator (2) und einem Rotor (5), der eine Rotorwelle (6) umfasst, welche gegenüber dem Stator (2) drehbar gelagert ist, wobei ein Zahnrad (10) drehfest mit der Rotorwelle (6) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in die Rotorwelle (6) ein Isolationsteil (11) integriert ist, das einen kleineren Wärmeleitkoeffizient als die Rotorwelle (6) aufweist und in Achsrichtung der Rotorwelle (6) thermisch isolierend wirkt, wobei zumindest ein Abschnitt des Isolationsteils (11) zwischen dem Zahnrad (10) und dem Stator (2) liegt.
2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsteil (11) mit Abstand zur freien Stirnseite der Rotorwelle (6) angeordnet ist.
3. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsteil (11) die freie Stirnseite der Rotorwelle (6) bildet.
4. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsteil (11) sich über den gesamten Querschnitt der Rotorwelle (6) erstreckt.
5. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsteil (11) sich nur über einen Teilquerschnitt der Rotorwelle (6) erstreckt.
6. Elektromotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Isolationsteils (11) der Querschnitt teilweise von dem Material der Rotorwelle (6) oder einem sonstigen Material ausgefüllt ist.
7. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Isolationsteil (11) in Achsrichtung eine signifikant kürzere Länge als die Rotorwelle (6) aufweist, insbesondere nicht länger als 10% der Rotorwellenlänge ist.
8. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsteil (11) in einen Abschnitt der Rotorwelle (6) integriert ist, der außerhalb des Statorgehäuses (3) liegt.
9. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) als Innenläufer-Motor ausgebildet ist.
10. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) als Gleichstrommotor ausgebildet ist.
11. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10 für Scheibenwischeinrichtungen in Kraftfahrzeugen.
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