WO2019015720A1 - Elektromotor - Google Patents

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WO2019015720A1
WO2019015720A1 PCT/DE2018/100631 DE2018100631W WO2019015720A1 WO 2019015720 A1 WO2019015720 A1 WO 2019015720A1 DE 2018100631 W DE2018100631 W DE 2018100631W WO 2019015720 A1 WO2019015720 A1 WO 2019015720A1
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plug
electric motor
base
modules
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PCT/DE2018/100631
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Inventor
Friedrich Schuler
Julian JUNGE
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • H02K2213/12—Machines characterised by the modularity of some components

Definitions

  • the invention relates to an electric motor for an electric camshaft adjuster or for a system for the variable adjustment of the compression ratio of an internal combustion engine.
  • An electric motor for an electric camshaft adjuster is known, for example, from DE 10 2013 212 933 B3.
  • This electric motor comprises a first, cup-shaped housing part made of metal and a second, the first housing part final housing part made of plastic, wherein a first rolling bearing in the first housing part and a second rolling bearing in the second housing part is arranged.
  • the arranged in the first cup-shaped housing part bearing is designed as a fixed bearing.
  • a shaft seal is located on the interior of the housing facing side of this bearing.
  • the invention has for its object to further develop suitable for camshaft adjuster electric motors over the prior art in terms of a particularly production-friendly, modular design.
  • This object is achieved by an electric motor for an electric camshaft adjuster or for a system for the variable adjustment of the compression ratio with the features of claim 1.
  • the object is achieved by a kit comprising different modules of electric motors according to claim 10.
  • the electric motor for an electric camshaft adjuster or for a system for variably adjusting the compression ratio of an internal combustion engine comprises, in a basic concept known per se, a first, cup-shaped housing part made of metal and a second, designed as a plug module, the first housing part final housing part made of plastic.
  • the first, cup-shaped housing part of the electric motor according to the invention is part of a module, which is referred to as a base engine module.
  • a rolling bearing is arranged exclusively in the base engine module, but not in the plug module.
  • the base engine module includes the core functions of the electric motor, namely the magnetic circuit and the motor shaft mounted by means of the rolling bearing.
  • it is a brushless DC motor with a currentable three-phase stator winding and equipped with a permanent magnet rotor.
  • the electrical and mechanical interface between the base engine module and the plug module is standardized so that a single type of base engine module with various types of plug modules can be combined as desired. All types of plug modules of the kit formed in this way, the standardized, can be produced by plug-in power supply common to the base engine module.
  • the plug module further comprises a cooperating with the rotor sensor, in particular in the form of a sensor board. Such a sensor allows the rotor position detection for an external control of the electric motor.
  • the integration of a control electronics in the plug module is possible.
  • the kit can thus include, for example, three types of plug modules:
  • the only rolling bearing of the electric motor is designed such that it can absorb axial forces, radial forces and tilting moments.
  • a two-row angular contact ball bearing in O arrangement is suitable for this purpose.
  • the functions mentioned can be taken over by a four-point bearing.
  • four-point bearings is exemplified on the documents
  • rolling bearing Regardless of the type of rolling bearing this is preferably held in an annular shoulder, which is directed from the bottom of the cup-shaped housing part inwardly, that projects into the interior of the base engine module.
  • the rolling bearing preferably dips into the rotor of the electric motor, so that it is located in or near the center of gravity of the rotor.
  • a shaft seal is additionally arranged, which is pre-set to the rolling bearing, so that the rolling bearing is located within the sealed interior of the base engine module.
  • a sealing ring is preferably provided, which seals the base motor module both against the plug module and against an external mounting surface.
  • the sealing ring contacted in a preferred embodiment, a metallic insert, for example made of sheet steel, which is attributable to the plug module and in particular in a made of plastic
  • Housing of the connector module for example by encapsulation, permanently fixed.
  • the housing of the base engine module is pressed into the annular metallic insert, resulting in a permanently strong, durable over the entire temperature range, frictional connection.
  • the housing of the plug module is according to a possible embodiment, at least partially designed as a metallic heat sink, for example made of aluminum or other light metal material. This can be useful in particular with integrated power electronics.
  • the targeted heat dissipation via the connector Module favors designs of the electric motor, in which the base engine module has a particularly simple, compact outer contour.
  • the counterparts of the insulation displacement connectors on the side of the plug module are designed to first remove the insulation from the conductors during mating of the modules and then to produce both an electrical and a mechanical connection, for example, see sections of the plug module attributable electrical Ladders embrace a wire arranged in the base engine module in the manner of barbs.
  • the main mechanical component of the plug module which is oriented as a substantially flat component transversely to the longitudinal axis of the base engine module, is preferably made of plastic, in particular by injection molding.
  • punched grid are injected in a preferred embodiment, which produce the electrical connections between the contact to the base engine module on the one hand and a plug to be connected from the outside on the other hand.
  • the plug module comprises a sensor which is arranged on a printed circuit board, press-in contacts, for example, are provided which produce the electrical connection between the stamped grid and the printed circuit board.
  • a cooperating with the sensor magnetized sensor ring magnet can be mounted on the rotor, for example by means of notched nails or rivets.
  • a two-wing drive element is fastened on the motor shaft of the base engine module, for example, which introduces a torque, optionally via a compensating coupling, into an actuating gear.
  • a gear or other suitable for torque transmission element such as a Einingerkupp- ment, be connected to the motor shaft.
  • contours for torque transmission can be integrated into the shaft, for example in the form of flattening.
  • the mechanical connection of the electric motor to a surrounding construction preferably takes place in the region of the interface between the base engine module and the plug module.
  • the cup-shaped housing of the base engine module dips into the plug module, which is advantageous both in terms of mechanical stability and with respect to the seal with the help of the single, already mentioned sealing ring.
  • Another advantage is given by the particularly simple geometric design of the cup-shaped housing part.
  • the cup-shaped housing part may have a continuous smooth, cylindrical lateral surface.
  • various types of plug modules which can be combined with the base engine module as desired can have different outer contours depending on the functional scope of the plug module.
  • FIG. 1 shows a set for assembling electric motors, constructed from a
  • Fig. 2 shows a variant of an assembly with the set of Fig. 1 electric motor, Fig. 3 u. 4 different with the base engine module combinable plug modules, Fig. 5 u. 6 an insulation displacement connection between the base engine module and the connector
  • FIG. 8 shows a plug-in module according to FIG. 3 comprehensive electric motor in a simplified semitransparent view, Fig. 9 in detail a seal of the electric motor in the installed state.
  • Fig. 1 shows a generally designated by the reference numeral 1 set, which is suitable for the construction of various electric motors 2.
  • the electric motors 2 are used in electromechanical camshaft adjusters, as they are known in principle from the cited prior art.
  • the kit 1 is composed of a base engine module 3 and different plug modules, 4, 5, 6. All core functions of the electric motor 2 are realized in the base engine module 3.
  • the structure of the base engine module 3 and a complete electric motor 2 is shown in FIG. 2.
  • a housing 7 of the base motor module 3 is designed as a housing pot made of sheet metal.
  • the designated 8 outer wall of the housing 7 is continuously cylindrical.
  • the outer wall 8 is followed by an annular disk-shaped housing bottom 9.
  • At the inner edge of the housing bottom 9 is followed by an annular, concentric with the outer wall 8 paragraph 10, which extends in the axial direction of the base motor module 3 at least up to a third of the housing pot 7.
  • the housing 7 thus describes the shape of an annular circumferential groove whose outer edge in the form of the outer wall 8 is higher than the inner wall in the form of the annular shoulder 10.
  • the base engine module 3 is constructed as an internal rotor, wherein a stator 1 1, which energizable windings 12, cooperates with a rotor 13 which is mounted on a shaft 14, that is motor shaft.
  • the rotor 13 has a cup shape, which is open towards the housing bottom 9.
  • a designated rotor bottom 15 is thus facing that end face of the base motor module 3, which faces away from the housing bottom 9. This is that end face of the base engine module 3, which is to be connected to one of the plug modules 4, 5, 6, as will be explained in more detail below.
  • the rotor is equipped with permanent magnets 16.
  • the base engine module 3 acts as a brushless DC motor.
  • FIG. 2 further shows a lower plug insulation 20 and an upper plug insulation 21.
  • the upper plug insulation 21 is located in the region of a connecting piece 22 which projects beyond the open front side of the housing pot 7 and has a function described in more detail below in cooperation with the plug module 4, 5, 6.
  • a roller bearing 23 is integrated into the base engine module 3, which is designed in the design according to FIG. 2 as a double-row angular contact ball bearing.
  • the rolling bearing 23 is in a conventional manner able to absorb radial forces, axial forces and tilting moments and is located near the center of gravity of the assembly of shaft 14 and rotor 13.
  • the rolling bearing 23 is inserted into the annular shoulder 10 and closes with this end face , towards the middle of the interior of the housing 7, flush.
  • On the opposite end face of the rolling bearing 23 so that a free space is formed, in which a radial shaft sealing ring 24 is inserted.
  • the rolling bearing 23 is lubricated with grease and is thus within the sealed interior of the electric motor 2.
  • Each plug module 4, 5, 6 is a substantially flat component which lies in a plane normal to the axis of rotation of the electric motor 2.
  • a connecting portion 26 of the plug module 4, 5, 6, which is located in the arrangement of FIG. 2 above, is used to connect lines for supplying energy and / or transmission of electrical signals.
  • the lines to be connected to the electric motor 2 are to be connected by means of unillustrated plug-in connection elements which are to be inserted in one direction into the connection section 26 oriented orthogonally to the longitudinal direction of the shaft 14, that is to the central axis of the electric motor 2.
  • This favors a particularly space-saving construction of the entire electric motor 2 in the axial direction.
  • the terminal contours of all plug modules 4, 5, 6 are, in terms of assembly with the base engine module 3, designed uniformly.
  • a made of plastic housing 27 of the connector module 4, 5, 6 is made of sheet metal steel inserter 28, for example, permanently secured by molding.
  • the inner diameter of the steel insert 28 corresponds to the outer diameter of the housing pot 7 plus interference for the interference fit for a permanent frictional connection between the metal parts 7,28.
  • the steel insert 28 has the shape of an angled ring and is spaced from the open, the base motor module 3 facing the front side of the housing 27. At this end face between the steel insert 28 and the housing 27, an annular circumferential shoulder 29 is formed, which is provided for receiving a sealing ring 30.
  • Various connection elements 31 of the plug module 4, 5, 6, which are provided for connection to the connection section 26 of the base motor module 3, extend beyond the steel insert 28 in the axial direction, but not in the exemplary embodiment to the front side of the plug module 4, 5, 6.
  • the entire plug module 4, 5, 6 can be fastened to an external attachment surface 33 (FIG. 9) by using metallic sleeves 32 inserted into the housing 7.
  • the embodiment of the electric motor 2 according to FIG. 2 corresponds to the combination of the base motor module 3 with the plug module 4 shown in FIG. 1 above.
  • This plug module 4 has a sensor in the form of a sensor board 34, which in the housing 27th is inserted and in cooperation with the sensor magnet ring 18 provides the information about the position and / or rotation of the rotor 13.
  • the connecting pieces 22 and the connecting elements 31 are located radially outside the sensor board 34 relative to the axis of rotation of the electric motor 2. All electrical connections between the plug module 4 and the base motor module 3 required for the operation of the electric motor 2 are achieved by simple Joining plug module and base motor module 3 in the axial direction of said modules 3, 4 and thus the entire electric motor 2 produced, wherein the base motor module 3 is inserted into the plug module 4.
  • the plug module 5 which is shown in FIG. 1 in the middle and in FIG. 3 isolated, differs from the plug module 4 by the omission of the sensor board 34. In this case, an external sensorless control of the electric motor 2 is provided.
  • the plug-in module 6, shown in isolation in FIG. 1 at the bottom and in FIG. 4, has a complete electronic control unit 35, which is arranged on a circuit board 36, which is inserted in the housing 27, comparable to the sensor board 34.
  • the plug module 6 is enlarged.
  • Through the connecting piece 22 of the base motor module 3 and the connection elements 31 of the plug module 4, 5, 6 insulation displacement connection 37 are realized, as will be explained below with reference to FIGS. 5 and 6.
  • an insulated wire 38 is arranged, via which current a winding 12 of the base motor module 3 can be fed.
  • the connecting element 31 is designed in the manner of a two-armed pliers whose arms are designated 39.
  • the rolling bearing 23 is designed in the illustrated design as a double-row angular contact ball bearings. Alternatively, it could be in the rolling bearing 23, for example, a single-row four-point bearing. In any case, the rolling bearing 23 is the only storage of the electric motor 2 in the plug module 4, 5, 6 is no sliding or rolling bearings.
  • FIG. 8 shows in perspective features of the plug module 4.
  • narrower conductor strips 41 which are provided for signal transmission between the electric motor 2 and an external drive .
  • From the connection section 26, the wider conductor strips 40 and narrower conductor strips 41 are each guided in a bent form through the housing 27.
  • the in Axial Direction of the electric motor 2 aligned ends of the conductor strips 40 are as components of the insulation displacement connections 37, as shown in FIGS. 5 and 6, formed.
  • 41 press-fit contacts are formed on the sensor board 34 at the likewise aligned in the axial direction ends of the comparatively narrow conductor strips.
  • the entire electric motor 2 has the sealing ring 30 as the only static seal.
  • the sealing ring 30 has, as shown in FIG. 9, in the exemplary embodiment an approximately diamond-shaped cross-section, wherein it in the installed state the Stahlleinle- ger 28, a plastic surface of the housing 27, the cylindrical outer wall 8 of the housing 7, and not the electric motor. 2 zuzuschchnende Anschraub Chemistry 33 contacted.
  • both a seal between the base engine module 3 and the plug module 4, 5, 6, as well as a seal between the entire electric motor 2 and the mounting surface 33 is given.

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Abstract

Ein für einen elektrischen Nockenwellenversteller geeigneter Elektromotor (2) umfasst zwei verschiedene Module, nämlich ein Basismotor-Modul und ein mit diesem elektrisch und mechanisch verbundenes Stecker-Modul (4), wobei das Basismotor-Modul einen Gehäusetopf (7), einen Stator (11) und einen im Gehäusetopf (7) mittels eines Wälzlagers (23) gelagerten Rotor (13) umfasst und in das Stecker-Modul (4) eingefügt ist, und wobei elektrische Verbindungen zwischen dem Stecker-Modul (4)und dem Basismotor-Modul durch Verbindungen, insbesondere Schneidklemmverbindungen, welche durch Zusammenfügen der Module deren Axialrichtung herstellbar sind, gegeben sind.

Description

Elektromotor
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor für einen elektrischen Nockenwellenversteller oder für ein System zur variablen Verstellung des Kompressionsverhältnisses eines Verbrennungsmotors.
Ein Elektromotor für einen elektrischen Nockenwellenversteller ist beispielsweise aus der DE 10 2013 212 933 B3 bekannt. Dieser Elektromotor umfasst ein erstes, topfför- miges Gehäuseteil aus Metall und ein zweites, das erste Gehäuseteil abschließendes Gehäuseteil aus Kunststoff, wobei ein erstes Wälzlager im ersten Gehäuseteil und ein zweites Wälzlager im zweiten Gehäuseteil angeordnet ist. Hierbei ist das im ersten, topfförmigen Gehäuseteil angeordnete Wälzlager als Festlager ausgebildet. Eine Wellendichtung befindet sich auf der dem Innenraum des Gehäuses zugewandten Seite dieses Wälzlagers.
Ein weiterer Elektromotor eines elektrischen Nockenwellenverstellers ist in der US 8,220,426 B2 offenbart. Auch in diesem Fall ist eine Motorwelle des Elektromotors mittels zweier Wälzlager, nämlich Kugellager, gelagert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Nockenwellenversteller geeignete Elektromotoren gegenüber dem Stand der Technik hinsichtlich eines besonders fertigungsfreundlichen, modularen Aufbaus weiterzuentwickeln. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Elektromotor für einen elektrischen Nockenwellenversteller oder für ein System zur variablen Verstellung des Kompressionsverhältnisses mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Weiter wird die Aufgabe gelöst durch einen verschiedene Module von Elektromotoren umfassenden Bausatz gemäß Anspruch 10.
Der Elektromotor für einen elektrischen Nockenwellenversteller oder für ein System zur variablen Verstellung des Kompressionsverhältnisses eines Verbrennungsmotors umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption ein erstes, topfförmiges Gehäuseteil aus Metall und ein zweites, als Stecker-Modul ausgebildetes, das erste Gehäuseteil abschließendes Gehäuseteil aus Kunststoff. Das erste, topfförmige Gehäuseteil des erfindungsgemäßen Elektromotors stellt ein Teil eines Moduls dar, welches als Basismotor-Modul bezeichnet wird. Innerhalb des Elektromotors ist ausschließlich im Basismotor-Modul, nicht jedoch im Stecker-Modul, ein Wälzlager angeordnet. Das Basismotor-Modul beeinhaltet die Kernfunktionen des Elektromotors, nämlich den Magnetkreis sowie die mittels des Wälzlagers gelagerte Motorwelle. Vorzugsweise handelt es sich um einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einer bestrombaren dreiphasigen Statorwicklung und einem mit Permanentmagneten bestückten Rotor.
Die Bestromung des Basismotor-Moduls erfolgt über das Stecker-Modul, wobei elektrische Verbindungen zwischen dem Stecker-Modul und dem Basismotor-Modul durch Verbindungen, insbesondere Schneidklemmverbindungen, gegeben sind, welche durch Zusammenfügen der Module in Axialrichtung des Basismotor-Moduls und damit des gesamten Elektromotor herstellbar sind, wobei das Basismotor-Modul zum Beispiel durch Einpressen in das Stecker-Modul zu fügen ist. Auf diese Art entfallen relativ aufwändige Verbindungen wie Löt- oder Schweißverbindungen.
Die elektrische und mechanische Schnittstelle zwischen dem Basismotor-Modul und dem Stecker-Modul ist derart vereinheitlicht, dass ein einziger Typ eines Basismotor- Moduls mit verschiedenen Typen von Stecker-Modulen beliebig kombinierbar ist. Allen Typen der Stecker-Module des auf diese Weise gebildeten Bausatzes ist die standardisierte, per Steckverbindung herstellbare Stromzuführung zum Basismotor-Modul gemeinsam. Optional umfasst das Stecker-Modul darüber hinaus eine mit dem Rotor zusammenwirkende Sensorik, insbesondere in Form einer Sensorplatine. Eine solche Sensorik ermöglicht die Rotorlageerfassung für eine externe Ansteuerung des Elektromotors. Auch die Integration einer Steuerelektronik in das Stecker-Modul ist möglich. Insgesamt kann der Bausatz damit beispielsweise drei Typen von Stecker- Modulen umfassen:
- ein Stecker-Modul mit Rotorlage-Sensorik,
- ein Stecker-Modul mit integrierter Steuerelektronik,
- ein Stecker-Modul ohne Sensorik- oder Steuerungskomponenten. lm letztgenannten Fall wird der Elektromotor extern sensorlos angesteuert.
Das einzige Wälzlager des Elektromotors ist derart gestaltet, dass es axiale Kräfte, radiale Kräfte, sowie Kippmomente aufnehmen kann. Hierfür ist zum Beispiel ein zwei- reihiges Schrägkugellager in O-Anordnung geeignet. Alternativ können die genannten Funktionen durch ein Vierpunktlager übernommen werden. Hinsichtlich möglicher Gestaltungen von Vierpunktlagern wird beispielhaft auf die Dokumente
DE 10 2014 215 523 A1 und DE 10 2014 205 689 A1 hingewiesen. Eine mögliche Anwendung eines Vierpunktlagers ist zum Beispiel in der WO 2007/122181 A1 be- schrieben.
Unabhängig von der Bauart des Wälzlagers ist dieses vorzugsweise in einem ringförmigen Absatz gehalten, welcher vom Boden des topfförmigen Gehäuseteils aus nach innen gerichtet ist, das heißt in den Innenraum des Basismotor-Moduls ragt. Das Wälzlager taucht hierbei vorzugsweise in den Rotor des Elektromotors ein, so dass es sich im oder nahe am Schwerpunkt des Rotors befindet. In dem ringförmigen Absatz, in dem das Wälzlager gehalten ist, ist optional zusätzlich ein Wellendichtring angeordnet, welcher dem Wälzlager vorgesetzt ist, so dass sich das Wälzlager innerhalb des abgedichteten Innenraums des Basismotor-Moduls befindet.
Zur statischen Abdichtung des Elektromotors ist vorzugsweise ein Dichtring vorgesehen, welcher das Basismotor-Modul sowohl gegen das Stecker-Modul als auch gegen eine externe Anschraubfläche abdichtet. Der Dichtring kontaktiert in bevorzugter Ausgestaltung ein metallisches Einlegeteil, zum Beispiel aus Stahlblech, welches dem Stecker-Modul zuzurechnen ist und insbesondere in ein aus Kunststoff gefertigtes
Gehäuse des Stecker-Moduls, beispielsweise durch Umspritzen, dauerhaft fest eingefügt ist. Das Gehäuse des Basismotor-Moduls wird in das ringförmige metallische Einlegeteil eingepresst, wodurch eine dauerhaft feste, über den gesamten Temperaturbereich haltbare, reibschlüssige Verbindung entsteht.
Das Gehäuse des Stecker-Moduls ist gemäß einer möglichen Ausgestaltung zumindest teilweise als metallischer Kühlkörper, zum Beispiel aus Aluminium oder einem sonstigen Leichtmetallwerkstoff, ausgeführt. Dies kann insbesondere bei integrierter Leistungselektronik sinnvoll sein. Die gezielte Wärmeableitung über das Stecker- Modul begünstigt Bauformen des Elektromotors, in welchen das Basismotor-Modul eine besonders einfache, kompakte Außenkontur aufweist.
Elektrische Verbindungen zwischen dem Stecker-Modul und dem Basismotor-Modul sind auf besonders einfache und zugleich haltbare Art als Schneidklemmverbindungen herstellbar. Zum technologischen Hintergrund wird in diesem Zusammenhang auf die Dokumente DE 100 26 424 C2 und DE 10 2004 037 991 A1 hingewiesen.
Im vorliegenden Fall befinden sich beispielsweise zu kontaktierende, zunächst isolier- te Leiter auf Seiten des Basismotor-Moduls. Die Gegenstücke der Schneidklemmverbindungen auf Seiten des Stecker-Moduls sind dazu ausgebildet, beim Zusammenstecken der Module zunächst die Isolierung von den Leitern zu entfernen und anschließend sowohl eine elektrische als auch eine mechanische Verbindung herzustellen, wobei beispielsweise Abschnitte von dem Stecker-Modul zuzurechnenden elektri- sehen Leitern einen im Basismotor-Modul angeordneten Draht in der Art von Widerhaken umgreifen.
Die mechanische Hauptkomponente des Stecker-Moduls, welches als im Wesentlichen flächiges Bauteil quer zur Längsachse des Basismotor-Moduls ausgerichtet ist, ist vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere im Spritzgussverfahren, gefertigt. In diese Hauptkomponente sind in bevorzugter Ausgestaltung Stanzgitter eingespritzt, welche die elektrischen Verbindungen zwischen der Kontaktierung zum Basismotor- Modul einerseits und einem von außen anzuschließenden Stecker andererseits herstellen. Sofern das Stecker-Modul eine Sensorik umfasst, welche auf einer Platine an- geordnet ist, sind beispielsweise Einpresskontakte vorgesehen, welche die elektrische Verbindung zwischen dem Stanzgitter und der Platine herstellen. Ein mit der Sensorik zusammenwirkender magnetisierter Sensormagnetring kann auf dem Rotor beispielsweise mittels Kerbnägeln oder Nieten befestigt sein. Bei Verwendung des Elektromotors in einem elektromechanischen Nockenwellenver- steller ist auf der Motorwelle des Basismotor-Moduls beispielsweise ein zweiflügeliges Antriebselement befestigt, welches ein Drehmoment, optional über eine Ausgleichskupplung, in ein Stellgetriebe einleitet. Ebenso kann ein Zahnrad oder ein sonstiges zur Drehmomentübertragung geeignetes Element, beispielsweise eine Einfingerkupp- lung, mit der Motorwelle verbunden sein. Ebenso können Konturen zur Drehmomentübertragung in die Welle integriert sein, zum Beispiel in Form von Abflachungen.
Die mechanische Anbindung des Elektromotors an eine Umgebungskonstruktion er- folgt vorzugsweise im Bereich der Schnittstelle zwischen dem Basismotor-Modul und dem Stecker-Modul. An dieser Schnittstelle taucht das topfförmige Gehäuse des Basismotor-Moduls in das Stecker-Modul ein, was sowohl hinsichtlich der mechanischen Stabilität als auch hinsichtlich der Abdichtung mit Hilfe des einzigen, bereits genannten Dichtrings von Vorteil ist. Ein weiterer Vorteil ist durch die besonders einfache ge- ometrische Gestaltung des topfförmigen Gehäuseteils gegeben. Insbesondere kann das topfförmige Gehäuseteil eine durchgehend glatte, zylindrische Mantelfläche aufweisen. Im Unterschied zum Basismotor-Modul, welches standardisierte Außenkonturen aufweist, können verschiedene, beliebig mit dem Basismotor-Modul kombinierbare Typen von Stecker-Modulen unterschiedliche, vom Funktionsumfang des Stecker- Moduls abhängige Außenkonturen aufweisen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen: Fig. 1 ein Set zum Zusammenbau von Elektromotoren, aufgebaut aus einem
Basismotor-Modul und verschiedenen Stecker-Modulen,
Fig. 2 eine Variante eines mit dem Set nach Fig. 1 aufbaubaren Elektromotors, Fig. 3 u. 4 verschiedene mit dem Basismotor-Modul kombinierbare Stecker-Module, Fig. 5 u. 6 eine Schneidklemmverbindung zwischen Basismotor-Modul und Stecker-
Modul,
Fig. 7 einen Schnitt durch die Lageranordnung und den Rotor des Basismotor- Moduls,
Fig. 8 einen das Stecker-Modul nach Fig. 3 umfassenden Elektromotor in vereinfachter halbtransparenter Ansicht, Fig. 9 im Detail eine Dichtung des Elektromotors im Einbauzustand.
Die Fig. 1 zeigt einen insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneten Bau- satz, welcher zum Bau verschiedener Elektromotoren 2 geeignet ist. Die Elektromotoren 2 finden Verwendung in elektromechanischen Nockenwellenverstellern, wie sie prinzipiell aus dem genannten Stand der Technik bekannt sind.
Der Bausatz 1 setzt sich zusammen aus einem Basismotor-Modul 3 und verschieden Stecker-Modulen, 4, 5, 6. Sämtliche Kernfunktionen des Elektromotors 2 sind im Basismotor-Modul 3 verwirklicht. Der Aufbau des Basismotor-Moduls 3 sowie eines kompletten Elektromotors 2 geht aus Fig. 2 hervor.
Ein Gehäuse 7 des Basismotor-Moduls 3 ist als Gehäusetopf aus Blech gestaltet. Die mit 8 bezeichnete Außenwandung des Gehäuses 7 ist durchgehend zylindrisch. An die Außenwandung 8 schließt sich ein ringscheibenförmiger Gehäuseboden 9 an. An den inneren Rand des Gehäusebodens 9 wiederum schließt sich ein ringförmiger, zur Außenwandung 8 konzentrischer Absatz 10 an, welcher in Axialrichtung des Basismotor-Moduls 3 mindestens bis zu einem Drittel des Gehäusetopfes 7 reicht. Insgesamt beschreibt das Gehäuse 7 damit die Form einer ringförmig umlaufenden Rinne, deren Außenrand in Form der Außenwandung 8 höher als die innere Wandung in Form des ringförmigen Absatzes 10 ist.
Insgesamt ist das Basismotor-Modul 3 als Innenläufer aufgebaut, wobei ein Stator 1 1 , welcher bestrombare Wicklungen 12 aufweist, mit einem Rotor 13 zusammenwirkt, der auf einer Welle 14, das heißt Motorwelle, befestigt ist. Der Rotor 13 weist eine Topfform auf, welche zum Gehäuseboden 9 hin offen ist. Ein mit 15 bezeichneter Rotorboden ist somit derjenigen Stirnseite des Basismotor-Moduls 3 zugewandt, welche dem Gehäuseboden 9 abgewandt ist. Es handelt sich hierbei um diejenige Stirnseite des Basismotor-Moduls 3, welche mit einem der Stecker-Module 4, 5, 6 zu verbinden ist, wie im Folgenden noch näher erläutert wird. Der Rotor ist mit Permanentmagneten 16 bestückt. Insgesamt fungiert das Basismotor-Modul 3 als bürstenloser Gleichstrommotor. Die Permanentmagnete 16 in eingebettet in einem hohlzylindrischen Abschnitt 17 des Rotors 13, welcher an den Rotorboden 15 anschließt und über den ringförmigen Absatz 10 übergestülpt ist, das heißt sich mit diesem in Axialrichtung überlappt. An der Außenseite des Rotorbodens 15 ist ein Sensormagnetring 18 erkennbar, welcher mit Kerbstiften 19 befestigt ist. Der Sensormagnetring 18 wirkt optional mit dem Stecker-Modul 4, 5, 6 zusammen. In Fig. 2 sind weiter eine untere Ste- ckisolierung 20 sowie eine obere Steckisolierung 21 erkennbar. Die obere Steckisolierung 21 befindet sich im Bereich eines Verbindungsstücks 22, welches über die offene Stirnseite des Gehäusetopfes 7 hinausragt und eine im Folgenden noch näher beschriebene Funktion in Zusammenwirkung mit dem Stecker-Modul 4, 5, 6 hat.
Zur Lagerung der Welle 14 samt Rotor 13 ist ein Wälzlager 23 in das Basismotor- Modul 3 integriert, welches in der Bauform nach Fig. 2 als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildet ist. Das Wälzlager 23 ist in an sich bekannter Weise in der Lage, Radialkräfte, Axialkräfte, sowie Kippmomente aufzunehmen und befindet sich nahe des Schwerpunkts der Anordnung aus Welle 14 und Rotor 13. Das Wälzlager 23 ist in den ringförmigen Absatz 10 eingesetzt und schließt mit diesem stirnseitig, zur Mitte des Innenraums des Gehäuses 7 hin, bündig ab. Auf der entgegengesetzten Stirnseite des Wälzlagers 23 ist damit ein Freiraum gebildet, in welchen ein Radialwellen- dichtring 24 eingesetzt ist. Das Wälzlager 23 ist mit Fett geschmiert und befindet sich damit innerhalb des abgedichteten Innenraums des Elektromotors 2. Auf der aus dem Basismotor-Modul 3 herausragenden, mit Hilfe des Radialwellendichtrings 24 abgedichteten Welle 14 ist ein zweiflügeliges Antriebselement 25 befestigt, welches der Einleitung von Drehmoment in ein nicht dargestelltes, als Dreiwellengetriebe ausgebildetes Stellgetriebe eines Nockenwellenverstellers dient. Bei jedem Stecker-Modul 4, 5, 6 handelt es sich um ein im Wesentlichen flächiges Bauteil, welches in einer zur Rotationsachse des Elektromotors 2 normalen Ebene liegt. Ein Anschlussabschnitt 26 des Stecker-Moduls 4, 5, 6, welcher sich in der Anordnung nach Fig. 2 oben befindet, dient dem Anschluss von Leitungen zur Zuführung von Energie und/oder Übertragung elektrischer Signale. In jedem Fall sind die an den Elektromotor 2 anzuschließenden Leitungen mit Hilfe nicht dargestellter Steckverbindungselemente anzuschließen, welche in eine Richtung in den Anschlussabschnitt 26 einzustecken sind, die orthogonal zur Längsrichtung der Welle 14, das heißt zur Mittelachse des Elektromotors 2, ausgerichtet ist. Dies begünstigt einen in Axialrichtung besonders raumsparenden Aufbau des gesamten Elektromotors 2. Die Anschlusskonturen sämtlicher Stecker-Module 4, 5, 6 sind, was den Zusammenbau mit dem Basismotor-Modul 3 betrifft, einheitlich gestaltet. In ein aus Kunststoff gefertigtes Gehäuse 27 des Stecker-Moduls 4, 5, 6 ist ein aus Blech gefertigter Stahlein- leger 28 beispielsweise durch Umspritzen dauerhaft befestigt. Der Innendurchmesser des Stahleinlegers 28 entspricht dem Außendurchmesser des Gehäusetopfes 7 plus Übermaß für die Presspassung für eine dauerhafte reibschlüssige Verbindung zwischen den Metallteilen 7,28. Der Stahleinleger 28 hat die Form eines abgewinkelten Rings und ist von der offenen, dem Basismotor-Modul 3 zugewandten Stirnseite des Gehäuses 27 beabstandet. An dieser Stirnseite ist zwischen dem Stahleinleger 28 und dem Gehäuse 27 ein ringförmig umlaufender Absatz 29 ausgebildet, welcher zur Aufnahme eines Dichtrings 30 vorgesehen ist. Verschiedene Anschlusselemente 31 des Stecker-Moduls 4, 5, 6, wel- che zur Verbindung mit dem Anschlussabschnitt 26 des Basismotor-Modul 3 vorgesehen sind, ragen in Axialrichtung über den Stahleinleger 28 hinaus, jedoch im Ausführungsbeispiel nicht bis zur Stirnseite des Stecker-Moduls 4, 5, 6. Das gesamte Stecker-Modul 4, 5, 6 ist unter Nutzung metallischer, in das Gehäuse 7 eingefügter Hülsen 32 an einer externen Anschraubfläche 33 (Fig. 9) befestigbar.
Die Ausgestaltung des Elektromotors 2 nach Fig. 2 entspricht der Kombination des Basismotor-Moduls 3 mit dem in Fig. 1 oben dargestellten Stecker-Modul 4. Dieses Stecker-Modul 4 weist eine Sensorik in Form einer Sensorplatine 34 auf, welche in das Gehäuse 27 eingelegt ist und in Zusammenwirkung mit dem Sensormagnetring 18 eine die Position und/oder Rotation des Rotors 13 betreffende Information liefert. Die Verbindungsstücke 22 sowie die Anschlusselemente 31 befinden sich, bezogen auf die Rotationsachse des Elektromotors 2, radial außerhalb der Sensorplatine 34. Sämtliche für den Betrieb des Elektromotors 2 erforderlichen elektrischen Verbindungen zwischen dem Stecker-Modul 4 und dem Basismotor-Modul 3 sind durch einfa- ches Zusammenfügen von Stecker-Modul und Basismotor-Modul 3 in axialer Richtung der genannten Module 3, 4 und damit des gesamten Elektromotors 2 herstellbar, wobei das Basismotor-Modul 3 in das Stecker-Modul 4 eingesteckt wird. Dies gilt auch bei Verwendung eines der beiden anderen Stecker-Module 5, 6. Das Stecker-Modul 5, welches in Fig. 1 mittig und in Fig. 3 isoliert dargestellt ist, unterscheidet sich vom Stecker-Modul 4 durch den Entfall der Sensorplatine 34. In diesem Fall ist eine externe sensorlose Ansteuerung des Elektromotors 2 vorgesehen. Das in Fig. 1 unten und in Fig. 4 isoliert dargestellte Stecker-Modul 6 weist eine komplette Steuerelektronik 35 auf, die auf einer Platine 36 angeordnet ist, welche, vergleichbar mit der Sensorplatine 34, in das Gehäuse 27 eingelegt ist. Im Vergleich zu den Stecker-Modulen 4, 5 ist das Stecker-Modul 6 vergrößert. Durch das Verbindungsstück 22 des Basismotor-Moduls 3 und die Anschlusselemente 31 des Stecker-Moduls 4, 5, 6 sind Schneidklemmverbindung 37 realisiert, wie im Folgenden anhand der Fig. 5 und 6 erläutert wird.
Innerhalb des Verbindungsstücks 22 ist ein isolierter Draht 38 angeordnet, über wel- chen Strom einer Wicklung 12 des Basismotor-Moduls 3 zuführbar ist. Das Anschlusselement 31 ist in der Art einer zweiarmigen Zange gestaltet, deren Arme mit 39 bezeichnet sind. Wird das Stecker-Modul 4, 5, 6 von der getrennten Position (Fig. 5) in die mit dem Basismotor-Modul 3 verbundene Position (Fig. 6) verschoben, so werden die beiden Arme 39 zunächst beim Schieben über den Draht gespreizt, wobei die Iso- lierung des Drahtes 38 verletzt und damit der elektrische Kontakt hergestellt wird.
In Fig. 7 ist im Detail die Einbindung des Wälzlagers 23 in das Basismotor-Modul 3 erkennbar. Das Wälzlager 23 ist in der dargestellten Bauform als zweireihiges Schrägkugellager gestaltet. Alternativ könnte es sich bei dem Wälzlager 23 beispielsweise um ein einreihiges Vierpunktlager handeln. In jedem Fall stellt das Wälzlager 23 die einzige Lagerung des Elektromotors 2 dar. Im Stecker-Modul 4, 5, 6 befindet sich keine Gleit- oder Wälzlagerung.
Die Fig. 8 zeigt perspektivisch Merkmale des Stecker-Moduls 4. Zusätzlich zu drei Lei- terstreifen 40, welche Strom zur Energieversorgung der Wicklungen 12 übertragen, sind insgesamt schmalere Leiterstreifen 41 erkennbar, welche zur Signalübertragung zwischen dem Elektromotor 2 und einer externen Ansteuerung vorgesehen sind. Vom Anschlussabschnitt 26 aus sind die breiteren Leiterstreifen 40 und schmaleren Leiterstreifen 41 in jeweils abgeknickter Form durch das Gehäuse 27 geführt. Die in Axial- richtung des Elektromotors 2 ausgerichteten Enden der Leiterstreifen 40 sind als Komponenten der Schneidklemmverbindungen 37, wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt, ausgebildet. Dagegen sind an den ebenfalls in Axialrichtung ausgerichteten Enden der vergleichsweise schmalen Leiterstreifen 41 Einpresskontakte an der Sensorplatine 34 gebildet.
Der gesamte Elektromotor 2 weist den Dichtring 30 als einzige statische Dichtung auf. Der Dichtring 30 hat, wie aus Fig. 9 hervorgeht, im Ausführungsbeispiel einen annähernd rautenförmigen Querschnitt, wobei er im eingebauten Zustand den Stahleinle- ger 28, eine Kunststoffoberfläche des Gehäuses 27, die zylindrische Außenwandung 8 des Gehäuses 7, sowie die nicht dem Elektromotor 2 zuzurechnende Anschraubfläche 33 kontaktiert. Damit ist sowohl eine Abdichtung zwischen dem Basismotor-Modul 3 und dem Stecker-Modul 4, 5, 6, als auch eine Abdichtung zwischen dem gesamten Elektromotor 2 und der Anschraubfläche 33 gegeben.
Bezugszeichenliste
Bausatz
Elektromotor
Basismotor-Modul
Stecker-Modul
Stecker-Modul
Stecker-Modul
Gehäuse, Gehäusetopf
Außenwandung
Gehäuseboden
ringförmiger Absatz
Stator
Wicklung
Rotor
Welle
Rotorboden
Permanentmagnet
hohlzylindrischer Abschnitt
Sensormagnetring
Kerbstift
Untere Steckisolierung
Obere Steckisolierung
Verbindungsstück
Wälzlager
Radialwellendichtring
Antriebselement
Anschlussabschnitt
Gehäuse des Stecker-Moduls
Stahleinleger
Absatz
Dichtring Anschlusselement des Stecker-Moduls
Hülse
Anschraubfläche
Sensorik, Sensorplatine
Steuerelektronik
Platine
elektrische Verbindung, Schneidklemmverbindung
Draht
Arm
Leiterstreifen
Leiterstreifen

Claims

Patentansprüche
Elektromotor für einen elektrischen Nockenwellenversteller oder für ein System zur variablen Verstellung des Kompressionsverhältnisses, mit zwei Modulen (3,4,5,6), nämlich einem Basismotor-Modul (3) und einem mit diesem elektrisch und mechanisch verbundenen Stecker-Modul (4,5,6), wobei das Basismotor- Modul (3) einen Gehäusetopf (7), einen Stator (1 1 ) und einen im Gehäusetopf (7) mittels eines Wälzlagers (23) gelagerten Rotor (13) umfasst und in das Stecker-Modul (4,5,6) eingefügt ist, und wobei elektrische Verbindungen (37) zwischen dem Stecker-Modul (4,5,6) und dem Basismotor-Modul (3) durch Verbindungen (37), welche durch Zusammenfügen der Module (3,4,5,6) in deren Axialrichtung herstellbar sind, gegeben sind.
Elektromotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (23) als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildet ist.
Elektromotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (23) als Vierpunktlager ausgebildet ist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusetopf (7) einen Gehäuseboden (9) aufweist, welcher in einen zentralen, nach innen gezogenen ringförmigen Absatz (10) übergeht, in welchem das Wälzlager (23) gehalten ist.
Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wälzlager (23) ein ebenfalls im ringförmigen Absatz (10) gehaltener Radialwellen- dichtring (24) benachbart ist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Dichtring (30), welcher das Basismotor-Modul (3) sowohl gegen das Stecker- Modul (4,5,6) als auch gegen eine Anschraubfläche (33) abdichtet.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stecker-Modul (4) eine mit dem Rotor (13) zusammenwirkende Sensorplatine (34) umfasst.
8. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stecker-Modul (6) eine zur Ansteuerung des Basismotor-Moduls (3) vorgesehene Steuerelektronik (35) umfasst.
9. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbindungen (37) zwischen dem Stecker-Modul (4,5,6) und dem Basismotor-Modul (3) als Schneidklemmverbindungen ausgebildet sind.
10. Bausatz, umfassend Module (3,4,5,6) von Elektromotoren, nämlich ein einheitliches Basismotor-Modul (3,) und verschiedene, mit dem Basismotor-Modul (3) kombinierbare Stecker-Module (4,5,6), welche sich hinsichtlich einer Senso- rik (34) und einer Steuerelektronik (35) voneinander unterscheiden, wobei durch das Basismotor-Modul (3) sowie durch jedes Stecker-Modul (4,5,6) Teile von Schneidklemmverbindungen (37) gebildet sind, welche durch Zusammenfügen der verschiedenen Module (3,4,5,6) in Axialrichtung des Basismotor- Moduls (3) komplettierbar sind.
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