WO2012156111A1 - Elektromotor mit rotorwellenfest vorgespanntem radialkugellager und antriebseinheit eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Elektromotor mit rotorwellenfest vorgespanntem radialkugellager und antriebseinheit eines kraftfahrzeugs Download PDF

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    • F16C2380/26—Dynamo-electric machines or combinations therewith, e.g. electro-motors and generators

Definitions

  • the invention relates to an electric motor with a motor housing in which via a radial ball bearing with a Lagerau 2.4ring and a bearing inner ring and another rolling bearing a rotor shaft is mounted, wherein on the rotor shaft, a sender wheel of a position determining unit, such as a rotary encoder is attached and the motor housing a counterpart the position determining aggregate, such as the rotary encoder, is mounted.
  • a position determining unit such as a rotary encoder
  • two rolling bearings are used to support the rotor shaft.
  • these are ball bearings.
  • a fixed-lot storage mode is selected via at least two ball bearings.
  • One of the two ball bearings is a fixed bearing, whereas the other ball bearing is mounted as a floating bearing between the rotor shaft and the motor housing.
  • the bearing outer ring is supported on the encoder side facing a shoulder and is fixed on the opposite side with a ring.
  • the bearing inner ring on the other hand has on the encoder side a ring for position fixing and on the other side a shoulder of the rotor shaft.
  • the bearing clearance on the one hand and the games occurring during the determination by means of the rings add up.
  • this is undesirable because the position-determining units, such as typically a rotary encoder, are just prone to respond to a changing gap between the sender wheel and the cooperating counterpart. Since the sender wheel is attached to the rotor shaft on the one hand and the counterpart is mounted on the motor housing on the other hand, changes due to the summing game said gap quite considerably.
  • the sensed result of the rotary encoder is used to control the rotating field of a synchronous motor. The synchronous motor runs around with a synchronous rotor speed, which is why an accurate position determination of the rotor shaft is constantly necessary.
  • a simple axial securing of the fixed bearing mounted on the rotor shaft is to be achieved, while at the same time minimizing the total axial play.
  • the bearing outer ring is directly connected to the side facing away from the encoder wheel of the radial ball bearing with a lid, which is screwed to the motor housing.
  • the entire bearing is biased so that only the present in the radial ball bearing game has effects on a gap between the encoder wheel and the counterpart of the encoder.
  • the lid is screwed so that it presses the bearing outer ring in the direction of a shoulder of the motor housing in the direction of the counterpart of the encoder.
  • the radial ball bearing is designed as a radial deep groove ball bearing.
  • the total cost of the electric motor can be reduced.
  • the radial ball bearing as a fixed bearing and the further than the said radial ball bearing of the rotary encoder remote rolling bearing is configured as a floating bearing. In this way, thermal expansions can be compensated, which have no effect on the precision of the measurement result.
  • a further variant is characterized in that an air gap is present between the sender wheel and the counterpart of the rotary encoder in the axial direction of the rotor shaft.
  • the invention also relates to a motor vehicle having an electric motor according to the invention, as stated above.
  • FIG. 1 shows a detail of a cross section through an electric motor according to the invention. The drawing is only for understanding the invention.
  • a section of an electric motor 1 is shown.
  • the electric motor 1 in this case has a rotor shaft 2.
  • On the rotor shaft 2 are two rolling bearings. 3 arranged. Only the closest to the position determining unit 4 bearings 3 is shown in Fig. 1.
  • the position determining unit 4 is designed as a rotary encoder 5.
  • the rotary encoder 5 comprises a transmitter wheel 6 and a counterpart 7.
  • the transmitter wheel 6 and the counterpart 7 interact electromagnetically, so that the exact angular position of the rotor shaft 2 relative to a motor housing 8 can be determined.
  • the encoder wheel 6 is screwed by means of a screw 10.
  • One of the rotor shaft 2 facing abutment surface 1 1 presses on a spacer 12.
  • the spacer 12 is formed as a sleeve 13.
  • the sleeve 13 is flat against a bearing inner ring 14 of the rolling bearing 3, which is designed as a radial ring ball bearing on.
  • the bearing inner ring 14 abuts against a shoulder 15.
  • a bearing outer ring 16 of the acting as a fixed bearing radial annular ball bearing on the part of the positioning unit 4, is located in contact with the motor housing 8 on its radial surface. It is supported on a paragraph 17 of the motor housing 8 on the one hand and a cover 18 on the other. The cover 18 is fastened with a further screw 19 to a flat surface 20 of the motor housing 8 fitting.
  • a backlash-free fixation of the rolling bearing 3 is possible.
  • This structural measure is used to clamp by means of the sleeve 13, the bearing inner ring 14 of the fixed bearing against the shoulder 15 of the rotor shaft 2. This connection of the bearing is free of play and allows a very accurate running of the rotor shaft 2 and the attached encoder wheel 6.
  • the encoder wheel 6 is used to pretension the bearing inner ring 14.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor (1) mit einem Motorgehäuse (8), in dem über ein Radialkugellager mit einem Lageraußenring (16) und einem Lagerinnenring (14) sowie ein weiteres Wälzlager (3) eine Rotorwelle (2) gelagert ist, wobei an der Rotorwelle (2) ein Geberrad (6) eines Positionsbestimmungsaggregates (4), wie einem Drehgeber (5) angebracht ist und am Motorgehäuse (8) ein Gegenstück (7) des Positionsbestimmungsaggregates (4) angebracht ist, wobei der Lagerinnenring (14) über ein Distanzstück (12), wie eine Hülse (13), mit dem Geberrad (6) in Kontakt steht. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Elektromotor.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Elektromotor mit rotorwellenfest vorgespanntem Radialkugellager und Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Motorgehäuse, in dem über ein Radialkugellager mit einem Lagerau ßenring und einem Lagerinnenring sowie ein weiteres Wälzlager eine Rotorwelle gelagert ist, wobei an der Rotorwelle ein Geberrad eines Positionsbestimmungsaggregates, wie einem Drehgeber, angebracht ist und am Motorgehäuse ein Gegenstück des Positionsbestimmungsaggregates, wie dem Drehgeber, angebracht ist.
Aus dem Stand der Technik, etwa der US 788451 1 B2 ist die Verwendung von Radialkugellagern bei Elektromotoren, insbesondere solchen, die zusammen mit Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, bekannt. Ein solcher Elektromotor kann ausschließlich oder zusammen mit einem Verbrennungsmotor, also als Hybridantrieb, in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Solche Kraftfahrzeuge sind bspw. Pkws oder Lkws, können aber auch andere land- , wasser- oder luftgebundene Fahrzeuge sein.
Üblicherweise werden zwei Wälzlager zur Lagerung der Rotorwelle verwendet. Normalerweise sind dies Kugellager. Üblicherweise wird dabei eine Fest-Los- Lagerungsweise über zumindest zwei Kugellager gewählt. Das eine der beiden Kugellager ist dabei ein Festlager, wohingegen das andere Kugellager als Loslager zwischen der Rotorwelle und dem Motorgehäuse angebracht ist. Üblicherweise stützt sich der Lageraußenring auf der dem Drehgeber zugewandten Seite einer Schulter ab und ist auf der gegenüberliegenden Seite mit einem Ring festgelegt. Der Lagerinnenring andererseits weist auf der Drehgeberseite einen Ring zur Positionsfestlegung und auf der anderen Seite eine Schulter der Rotorwelle auf.
Dabei addieren sich leider das Lagerspiel einerseits und die bei der Festlegung mittels der Ringe auftretenden Spiele andererseits. Dies ist jedoch unerwünscht, da die Positionsbestimmungsaggregate, wie normalerweise ein Drehgeber, gerade anfällig auf einen sich verändernden Spalt zwischen dem Geberrad und dem damit zusammenwirkendem Gegenstück reagieren. Da das Geberrad an der Rotorwelle einerseits angebracht ist und das Gegenstück am Motorgehäuse andererseits angebracht ist, verändert sich aufgrund des sich summierenden Spiels der besagte Spalt ganz erheblich. Das sensierte Ergebnis des Drehgebers wird aber zur Regelung des Drehfeldes eines Synchronmotors genutzt. Der Synchronmotor läuft nämlich mit einer synchronen Rotordrehzahl um, weswegen ständig eine genaue Positionsbestimmung der Rotorwelle notwendig ist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier eine Verbesserung zu schaffen und dass auf dem Drehgeber, also das Positionsbestimmungsaggregat wirkende Spiel aufgrund der Lagerung der Rotorwelle zu reduzieren. Es soll somit eine einfache axiale Sicherung des an der Rotorwelle angebrachten Fest- lagers, bei gleichzeitiger Minimierung des gesamtauftretenden Achsialspiels, erreicht werden.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Lagerinnenring über ein Distanzstück, wie eine Hülse, mit dem Geberrad in Kontakt steht. Das aufgrund des Sicherungsringes bisher auftretende zusätzliche Lagerspiel wird dadurch vermieden, da bei Befestigung des Geberrades an der Rotorwelle gleichzeitig auch der Lagerinnenring fest positioniert wird. Erhöhte Achsialspiele und somit auch axiale Verschiebungen beim Drehgeber, der auch als Resolver bezeichnet wird, werden dadurch vermieden. Messfehler werden verhindert und die Regelgenauigkeit des Motors erhöht. Eine Abschaltung des Motors, die sonst auftreten könnte, wird vermieden. Der Drehgeber wird in puncto seiner Empfindlichkeit entlastet, was zu der nahezu spielfreien Ausgestaltung des Radialkugellagers führt. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
Es ist von Vorteil, wenn eine Schraube das Geberrad an der Rotorwelle so festlegt, dass das Geberrad mittels der Hülse den Lagerinnenring auf eine Schulter der Rotorwelle drückt. Eine exakte Positionsfestlegung des Lagerinnenrings ist dann die Folge.
Auch ist es von Vorteil, wenn der Lageraußenring auf der dem Geberrad abgewandten Seite des Radialkugellagers mit einem Deckel direkt in Verbindung steht, der am Motorgehäuse angeschraubt ist. Mittels dieser Variante wird das gesamte Festlager vorgespannt, sodass nur noch das im Radialkugellager vorliegende Spiel Auswirkungen auf einen Spalt zwischen dem Geberrad und dem Gegenstück des Drehgebers hat. Dabei ist es von Vorteil, wenn der Deckel so angeschraubt ist, dass er den Lageraußenring in Richtung eines Absatzes des Motorgehäuses in Richtung des Gegenstücks des Drehgebers drückt. Bei entsprechender Wahl eines Anzugdrehmomentes, wird eine Überlastung des Radialkugellagers verhindert und eine exakte Positionierung sowohl des Lagerinnenringes, als auch des Lager- au ßenringes erreicht. Es ist ferner von Vorteil, wenn das Radialkugellager als radiales Rillenkugellager ausgebildet ist. Die Gesamtkosten des Elektromotors können dadurch reduziert werden. Auch ist es von Vorteil, wenn das Radialkugellager als Festlager und das weiter als das besagte Radialkugellager von dem Drehgeber entfernte Wälzlager als Loslager ausgestaltet ist. Auf diese Weise können Wärmeausdehnungen kompensiert werden, wobei diese keine Auswirkungen auf die Präzision des Messergebnisses haben.
Um eine besonders präzise Festlegungsart zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn der Deckel an einer Planfläche des Motorgehäuses anliegt.
Auch ist es von Vorteil, wenn das Gegenstück des Drehgebers fest mit dem Motorgehäuse verbunden ist.
Eine weitere Variante ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Geberrad und dem Gegenstück des Drehgebers in axialer Richtung der Rotorwelle ein Luftspalt vorhanden ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Elektromotor, wie vorstehend ausgeführt.
Die Erfindung wird auch nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung ist ein erstes Ausführungsbeispiel dargestellt.
Es zeigt dabei Fig. 1 einen Ausschnitt eines Querschnitts durch einen erfindungsgemäßen Elektromotor. Die Zeichnung dient nur dem Verständnis der Erfindung.
In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Elektromotors 1 dargestellt. Der Elektromotor 1 weist dabei eine Rotorwelle 2 auf. Auf der Rotorwelle 2 sind zwei Wälzlager 3 angeordnet. Lediglich das am Positionsbestimmungsaggregat 4 nächstgelegene Wälzlager 3 ist in Fig. 1 dargestellt.
Das Positionsbestimmungsaggregat 4 ist als Drehgeber 5 ausgestaltet. Der Drehgeber 5 umfasst ein Geberrad 6 und ein Gegenstück 7. Das Geberrad 6 und das Gegenstück 7 wirken elektromagnetisch zusammen, sodass die genaue Winkelposition der Rotorwelle 2 relativ zu einem Motorgehäuse 8 bestimmbar ist. An einer Stirnfläche 9 der Rotorwelle 2 ist das Geberrad 6 mittels einer Schraube 10 angeschraubt. Eine der Rotorwelle 2 zugewandte Anlagefläche 1 1 drückt dabei auf ein Distanzstück 12. Das Distanzstück 12 ist als Hülse 13 ausgebildet. Die Hülse 13 liegt flächig an einem Lagerinnenring 14 des Wälzlagers 3, welches als radiales Ringkugellager ausgebildet ist, an. Auf der dem Distanz- stück abgewandten Seite des Wälzlagers 3 liegt der Lagerinnenring 14 an einer Schulter 15 an.
Ein Lageraußenring 16 des als Festlager agierenden radialen Ringkugellagers auf Seiten des Positionsbestimmungsaggregates 4, ist in Anlage mit dem Mo- torgehäuse 8 auf seiner Radialfläche befindlich. Dabei stützt es sich an einem Absatz 17 des Motorgehäuses 8 einerseits und einem Deckel 18 andererseits ab. Der Deckel 18 ist mit einer weiteren Schraube 19 an einer Planfläche 20 des Motorgehäuses 8 anliegend befestigt. Eine spielfreie Fixierung des Wälzlagers 3 wird dadurch möglich. Diese konstruktive Maßnahme wird genutzt, um mittels der Hülse 13 den Lagerinnenring 14 des Festlagers gegen die Schulter 15 der Rotorwelle 2 zu spannen. Diese Anbindung des Lagers ist spielfrei und ermöglicht einen sehr genauen Lauf der Rotorwelle 2 und des daran befestigten Geberrades 6. Das Einbauspiel wird dann nahezu auf null gefahren, wobei gleichzeitig die Nutzung vorhandener Bauteile möglich bleibt. Die damit zusammenhängenden Vorteile bleiben ebenfalls erhalten. Es wird ein spielfreier Einbauzustand der Rotorwellenlagerung in puncto des Festlagers erzielt, was einen genaueren Lauf der Rotorwelle 2 ermöglicht.
Weiterhin wird das Geberrad 6 dazu genutzt, den Lagerinnenring 14 vorzu- spannen.
Durch den genaueren Lauf der Rotorwelle 2 werden genauere Messergebnisse des Positionsbestimmungsaggregates 4 erzielt, das sehr empfindlich gegenüber dem Axialspiel reagiert. Dies führt zu einem zuverlässigeren Motorverhal- ten.
Zwischen dem Geberrad 6 und dem Gegenstück 7 des Drehgebers 5, also dem Positionsbestimmungsaggregat 4, ist ein in axialer Richtung ausgerichteter Luftspalt 21 vorhanden, der dadurch möglichst wenig veränderlich ist.
Bezugszeichenliste
1 Elektromotor
2 Rotorwelle
3 Wälzlager
4 Positionsbestimmungsaggregat
5 Dre geber
6 Geberrad
7 Gegenstück
8 Motorgehäuse
9 Stirnfläche
10 Schraube
1 1 Anlagefläche
12 Distanzstück
13 Hülse
14 Lagerinnenring
15 Schulter
16 Lageraußenring
17 Absatz
18 Deckel
19 Schraube
20 Planfläche

Claims

Patentansprüche
Elektromotor (1 ) mit einem Motorgehäuse (8), in dem über ein Radialkugellager mit einem Lageraußenring (16) und einem Lagerinnenring (14) sowie ein weiteres Wälzlager (3) eine Rotorwelle (2) gelagert ist, wobei an der Rotorwelle (2) ein Geberrad (6) eines Positionsbestimmungsaggregates (4), wie einem Drehgeber (5) angebracht ist und am Motorgehäuse (8) ein Gegenstück (7) des Positionsbestimmungsaggregates (4) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerinnenring (14) über ein Distanzstück (1 2), wie eine Hülse (13), mit dem Geberrad (6) in Kontakt steht.
Elektromotor (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Schraube (10) das Geberrad (6) an der Rotorwelle (2) so festlegt, dass das Geberrad (6) mittels der Hülse (13) den Lagerinnenring (14) auf eine Schulter (1 5) der Rotorwelle (2) drückt.
Elektromotor (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Lageraußenring (16) auf der dem Geberrad (6) abgewandten Seite des Radialkugellagers mit einem Deckel (18) direkt in Verbindung steht, der am Motorgehäuse (8) angeschraubt ist.
Elektromotor (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der
Deckel (18) so angeschraubt ist, dass er dem Lageraußenring (16) in Richtung eines abstandsfesten Motorgehäuses (8) in Richtung des Gegenstücks (7) des Drehgebers (5) drückt.
Elektromotor (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Radialkugellager als radiales Rillenkugellager ausgebildet ist. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Radialkugellager als Festlager und das weiter als das Radialkugellager von dem Drehgeber (5) entfernte Wälzlager (3) als Loslager ausgestaltet ist.
Elektromotor (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der
Deckel (18) an einer Planfläche (20) des Motorgehäuses (4) anliegt.
Elektromotor (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenstück (7) des Drehgebers (5) fest mit dem Motorgehäuse (8) verbunden ist.
Elektromotor (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Geberrad (6) und dem Gegenstück (7) des Drehgebers (5) in axialer Richtung der Rotorwelle (2) Luftspalt (21 ) vorhanden ist.
10. Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor (1 ) nach Anspruch 1 .
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