DE102015226054A1

DE102015226054A1 - Elektromotor mit einer mit der Motorwelle umlaufenden Magnetanordnung

Info

Publication number: DE102015226054A1
Application number: DE102015226054.2A
Authority: DE
Inventors: Andrew Pierson; Roman Koch; Tamas Csoti
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2017-06-22
Also published as: CN106953469A

Abstract

Ein Elektromotor weist ein auf der Motorwelle angeordnetes Ritzel und eine mit der Motorwelle umlaufende Magnetanordnung auf, wobei das Ritzel Träger der Magnetanordnung ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor mit einer mit der Motorwelle umlaufenden Magnetanordnung.
Stand der Technik
In der DE 10 2005 062 784 A1 wird ein Elektromotor mit einer Magnetanordnung an der Stirnseite der Motorwelle beschrieben, die die Funktion einer Positionserfassungseinrichtung zur Ermittlung der aktuellen Winkellage der Motorwelle hat. Die Magnetanordnung befindet sich axial gegenüberliegend zu einem abtriebsseitigen Ritzel auf der Motorwelle und umfasst einen topfförmig ausgebildeten Magnethalter, der im Spritzgussverfahren hergestellt und auf die Stirnseite der Motorwelle aufgesetzt ist, sowie ein in den Magnethalter eingebettetes Magnetelement, dessen Magnetfeld beim Umlaufen der Motorwelle von einem gehäuseseitigen Sensor erfasst wird. Zur Befestigung des Magnethalters auf der Motorwelle ist in eine zentrale Ausnehmung des Magnethalters ein Toleranzring eingesetzt, der die Funktion eines Federelementes hat und eine radial wirkende Klemmkraft zwischen Motorwelle und Magnethalter erzeugt.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Elektromotor weist ein auf der Motorwelle angeordnetes Ritzel auf, über das die Kraft- bzw. Momentenübertragung zwischen Elektromotor und einer weiteren Einrichtung, beispielsweise einem Getriebe erfolgt. Zur Erfassung der aktuellen Winkellage der Motorwelle ist eine Magnetanordnung mit einem Sensormagneten drehfest mit der Motorwelle verbunden. Die Magnetanordnung ist Bestandteil einer Positionserfassungseinrichtung, die zusätzlich einen gehäuseseitigen Sensor zur Sensierung des sich drehenden Magnetfeldes des Sensormagneten umfasst.
Bei dem erfindungsgemäßen Elektromotor ist das Ritzel Träger der Magnetanordnung, so dass das Ritzel und die Magnetanordnung eine zusammenhängende Baueinheit bilden, die auf der Motorwelle sitzt. Die Magnetanordnung ist demnach nicht unmittelbar auf der Motorwelle angeordnet, sondern sitzt auf dem Ritzel, mit dem die Magnetanordnung in Achsrichtung und in Umfangsrichtung – bezogen auf die Längsachse der Motorwelle – fest verbunden ist. Die Magnetanordnung ist vorteilhafterweise ausschließlich mit dem Ritzel verbunden.
Diese Anordnung zeichnet sich durch eine kompakte Ausführung aus. In Achsrichtung ist der erforderliche Bauraum durch das Zusammenfassen von Ritzel und Magnetanordnung zu einer gemeinsamen Baueinheit reduziert. Vorteilhaft ist es außerdem, dass das Ritzel axial näher am Motorgehäuse angeordnet werden kann, insbesondere an einer Position, an der die Motorwelle einen vergrößerten Durchmesser aufweist, wodurch die Drehmomentübertragung zwischen Motorwelle und Ritzel verbessert ist. Aufgrund des größeren Durchmessers des Kontaktbereiches zwischen Motorwelle und Ritzel sind die bei einer Drehmomentübertragung zwischen diesen Bauteilen wirkenden Kräfte in Umfangsrichtung reduziert. Dies ermöglicht es beispielsweise, die Verbindung zwischen Ritzel und Motorwelle über einen Presssitz herzustellen.
Aufgrund der Positionierung der Magnetanordnung auf dem Ritzel weist auch der Kontaktbereich zwischen Ritzel und Magnetanordnung einen vergrößerten Durchmesser auf, wodurch die Drehmomentübertragung zwischen diesen Bauteilen ebenfalls mit geringeren Umfangskräften einhergeht.
Für das Ritzel kommen sowohl Ausführungen mit einer axial durchgehenden Ausnehmung als auch mit einer als Sacklochbohrung ausgeführten Ausnehmung in Betracht. Bei einer axial durchgehenden Ausnehmung erstreckt sich die Motorwelle über die gesamte axiale Länge des Ritzels, wodurch die Kontaktfläche zwischen Motorwelle und Ritzel, über die die Umfangskräfte übertragen werden, entsprechend groß ausfällt. Im Falle einer Ausführung der Ausnehmung im Ritzel als Sacklochbohrung kann eine axial kurz bauende Motorwelle des Elektromotors verwendet werden.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist die Ausnehmung im Ritzel mindestens zwei Abschnitte unterschiedlichen Innendurchmessers auf. Auch die Motorwelle ist mit entsprechenden Wellenabschnitten versehen, auf denen das Ritzel aufsitzt. Über den Wellenabschnitt größeren Durchmessers können höhere Drehmomente zwischen Motorwelle und Ritzel übertragen werden. Bei einer axial durchgehenden Ausnehmung im Ritzel ist zugleich eine maximale Kontaktfläche zwischen Motorwelle und Ritzel gewährleistet.
Im Bereich des kleineren Wellendurchmessers kann das Ritzel mit einer größeren radialen Wandstärke ausgebildet werden, so dass das Ritzel insbesondere im Bereich seiner Außenverzahnung stabiler ausgebildet ist.
Auch in der Ausführung des Ritzels mit einer als Sacklochbohrung ausgebildeten Ausnehmung befindet sich die Außenverzahnung vorteilhafterweise axial außerhalb der Sacklochbohrung, wodurch die Stabilität im Bereich der Verzahnung verbessert ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die Magnetanordnung oder zumindest ein Bauteil der Magnetanordnung, das auf dem Ritzel aufsitzt, als ein Spritzgussbauteil, vorzugsweise ein Kunststoff-Spritzgussbauteil ausgebildet. Dieses kann entweder als ein vorgefertigtes Bauteil auf das Ritzel aufgesetzt und mit diesem verbunden werden oder, gemäß einer weiteren Ausführung, unmittelbar auf das Ritzel aufgespritzt werden. Das Bauteil der Magnetanordnung bildet entweder einen Magnetträger, in den ein oder mehrere Permanentmagnete eingebettet sind, welche das Magnetsignal erzeugen. Es ist aber auch eine Ausführung möglich, bei der in das Material des Spritzgussbauteils Magnetpartikel eingebracht sind, wobei in diesem Fall der Träger der Magnetanordnung zugleich den bzw. die Permanentmagnete bildet.
Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung umfasst die Magnetanordnung einen Magnetträger, der als Metallbauteil, beispielsweise als Stahlbauteil ausgebildet ist, welches auf das Ritzel aufgesetzt und fest mit diesem verbunden ist.
Der erfindungsgemäße Elektromotor kann beispielsweise als Hilfsmotor in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, beispielsweise zur Bremskraftverstärkung in einem Bremssystem oder als Servomotor in einem Lenksystem.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 einen Schnitt längs durch einen Elektromotor mit einem auf der Motorwelle angeordneten Ritzel und einer Magnetanordnung, die als Teil einer Positionserfassungseinrichtung ist dem Ritzel aufsitzt,
2 eine 1 entsprechende Darstellung, mit dem Ritzel und der Motorwelle in einer Ausführungsvariante.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein Elektromotor 1 dargestellt, der in einem topfförmigen Gehäuse 2, welches von einem Lagerdeckel 3 verschlossen ist, einen Stator und einen Rotor mit einer Motorwelle 4 aufnimmt, welche über zwei axial beabstandete Lager drehbar gelagert sind. Dargestellt ist in 1 ein Lager 5, das sich am Lagerdeckel 3 abstützt, in den eine Ausnehmung eingebracht ist, durch die die Motorwelle 4 hindurchgeführt ist.
Der aus dem Gehäuse 2 bzw. dem Lagerdeckel 3 herausragende Abschnitt der Motorwelle 4 trägt ein Ritzel 6, das seinerseits Träger einer Magnetanordnung 7 ist, welche Bestandteil eines Positionserfassungssystems ist. Die Magnetanordnung 7 besteht beispielsweise aus einem Magnetträger, in den ein oder mehrere Permanentmagnete eingebracht sind, deren Magnetfeld beim Umlaufen der Motorwelle 4 von einem gehäusefesten Sensor registriert werden kann. Der Magnetanordnung 7 wird ausschließlich von dem Ritzel 6 getragen.
Das Ritzel 6, das fest auf der Motorwelle 4 aufsitzt, weist einen Trägerabschnitt 6a auf, der Träger der Magnetanordnung 7 ist, und einen sich axial hieran anschließenden Verzahnungsabschnitt 6b. Das Ritzel 6 ist hülsenförmig ausgeführt und weist eine axial durchgehende Ausnehmung 8 auf, durch die die Motorwelle 4 hindurchragt. Die Ausnehmung 8 im Ritzel 6 ist zweistufig ausgeführt und weist zwei Abschnitte unterschiedlichen Innendurchmessers auf. Der größere Innendurchmesser der Ausnehmung 8 befindet sich im Bereich des Trägerabschnittes 6a, der kleinere Innendurchmesser im Bereich des Verzahnungsabschnittes 6b. Der Trägerabschnitt 6a und der Verzahnungsabschnitt 6b weisen etwa die gleiche axiale Länge auf.
Die Motorwelle 4 ist korrespondierend zu der Ausnehmung 8 ausgeführt und weist in ihrem axial aus dem Gehäuse herausragenden Teil Abschnitte mit unterschiedlichem Außendurchmesser auf. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass im Bereich des größeren Durchmessers höhere Drehmomente zwischen Ritzel 6 und Motorwelle 4 übertragen werden können. Zum andern besitzt das Ritzel 6 im Verzahnungsabschnitt 6b eine größere radiale Wandstärke, so dass das Ritzel im Verzahnungsabschnitt 6b eine verbesserte Stabilität hat. Ein weiterer Vorteil liegt in der axial kompakten Ausführung, da die Magnetanordnung 7 auf dem Ritzel 6 aufsitzt und hierdurch weniger axialer Bauraum benötigt wird.
Die Magnetanordnung 7 kann als Kunststoff-Spritzgussbauteil ausgeführt sein, das entweder als vorgefertigtes Bauteil auf das Ritzel 6 aufgesetzt wird oder unmittelbar auf das Ritzel 6 aufgespritzt wird. In das Kunststoff-Spritzgussbauteil 7 können Permanentmagnete eingesetzt werden. Es ist auch möglich, dass das Material des Spritzgussbauteils Magnetpartikel enthält, so dass auf zusätzliche Permanentmagnete verzichtet werden kann.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 weist das Ritzel 6 eine Ausnehmung 8 in Form einer Sacklochbohrung auf, die sich axial nur über eine Teillänge des Ritzels 6 erstreckt. Das Ritzel 6 weist einen Trägerabschnitt 6a auf, auf dem die Magnetanordnung 7 aufsitzt, und einen sich axial hieran anschließenden Verzahnungsabschnitt 6b. Die axiale Tiefe der als Sacklochbohrung ausgebildeten Ausnehmung 8 erstreckt sich über den Trägerabschnitt 6a, wohingegen das Ritzel 6 im Bereich des Verzahnungsabschnittes 6b massiv ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass das Ritzel 6 im Bereich des Verzahnungsabschnittes 6b keine Schwächung erfährt.
Wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist die Magnetanordnung 7 vorteilhafterweise als ein Kunststoff-Spritzgussbauteil ausgebildet, das Träger von Permanentmagneten ist oder eingebettete Magnetpartikel enthält. Sowohl bei 1 als auch bei 2 ist es aber in einer alternativen Ausführung auch möglich, die Magnetanordnung mit einem Metall-Magnetträger auszuführen, der drehfest mit dem Ritzel 6 im Bereich des Trägerabschnittes 6a verbunden ist und Permanentmagnete trägt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005062784 A1 [0002]

Claims

Elektromotor mit einem auf der Motorwelle (4) angeordneten Ritzel (6) und mit einer mit der Motorwelle (4) umlaufenden Magnetanordnung (7), dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel (6) Träger der Magnetanordnung (7) ist.
Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel (6) eine axial durchgehende Ausnehmung (8) aufweist, durch die die Motorwelle (4) hindurchragt.
Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) im Ritzel (6), in die die Motorwelle (4) hineinragt, als Sacklochbohrung ausgebildet ist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) im Ritzel (6) mindestens zwei Abschnitte (6a, 6b) unterschiedlichen Innendurchmessers aufweist und das Ritzel (6) auf zwei entsprechenden Wellenabschnitten mit korrespondierenden Außendurchmessern der Motorwelle (4) aufsitzt.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) im Ritzel (6) über ihre gesamt axiale Länge einen konstanten Innendurchmessers aufweist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf dem Ritzel (6) aufsitzendes Bauteil der Magnetanordnung (7) als Spitzguss-Bauteil ausgebildet ist.
Elektromotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spitzguss-Bauteil der Magnetanordnung (7) unmittelbar auf das Ritzel (6) aufgespritzt ist.
Elektromotor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Spitzguss-Bauteil der Magnetanordnung (7) Magnetpartikel enthält.
Elektromotor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Spitzguss-Bauteil der Magnetanordnung (7) einen Magnetträger bildet, der Träger eines oder mehrerer Permanentmagneten ist.
Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung (7) als Gebermagnet ausgebildet ist, der mit einem im Elektromotor angeordneten Magnetsensor zusammenwirkt, um die Rotorlage der Motorwelle zu erfassen.
Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung (7) einen Ringmagneten aufweist, und der Magnetsensor radial oder axial gegenüberliegend zum Ringmagneten angeordnet ist.
Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel (6) eine Außenverzahnung (6b) aufweist, die axial neben der Magnetanordnung (7) angeordnet ist.
Bremssystem in einem Fahrzeug mit einem Elektromotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Ritzel (6) ein Hydrauliksystem zur Betätigung einer Bremskraft – insbesondere eines Bremskraftverstärkers – antreibt.