DE102017203907A1

DE102017203907A1 - Elektromotor, insbesondere für einen Komfortantrieb in einem Kraftfahrzeug und Getriebe-Antriebseinrichtung

Info

Publication number: DE102017203907A1
Application number: DE102017203907.8A
Authority: DE
Inventors: Hanspeter Keller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2018-09-13
Also published as: WO2018162194A1; KR102621220B1; CN110352546B; CN110352546A; KR20190126079A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor (10), insbesondere für einen Komfortantrieb in einem Kraftfahrzeug, mit einem Poltopfgehäuse (16) zur Aufnahme eines Ankers (12), wobei der Anker (12) Ankerwicklungen (24) und eine in einem Radiallager (34) drehbar gelagerte Ankerwelle (14) aufweist, wobei das Radiallager (34) an seinem Außenumfang einen radial umlaufenden ersten Lagerbereich (38) aufweist, der mit einer Innenwand (40) des Poltopfgehäuses (16) zusammenwirkt, wobei das Radiallager (34) in einer Lagerbohrung (46) einen radial umlaufenden zweiten Lagerbereich (48) aufweist, der mit der Ankerwelle (14) zusammenwirkt, wobei sich die beiden Lagerbereiche (38, 48) jeweils lediglich über einen Teilbereich der axialen Länge des Radiallagers (38, 48) erstrecken, wobei die beiden Lagerbereiche (38, 48) in Bezug zu einer Längsachse (28) in einem axialen Abstand (A) voneinander beabstandet angeordnet sind, und wobei der zweite Lagerbereich (48) auf der dem Anker (12) zugewandten Seite angeordnet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere für einen Komfortantrieb in einem Kraftfahrzeug sowie eine Getriebe-Antriebseinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Elektromotor.
Komfortantriebe für Kraftfahrzeuge, beispielsweise Fensterheberantriebe, Sitzverstellungsantriebe, Schiebedachantriebe usw. bestehen üblicherweise aus einem Gleichstromelektromotor, der an ein Getriebegehäuse angeflanscht ist. Der Elektromotor ist mit seiner Ankerwelle im Bereich eines Motorgehäuses des Elektromotors, dem sogenannten Poltopfgehäuse, auf der dem Getriebegehäuse abgewandten Seite an einem Endbereich der Ankerwelle radial gelagert und ragt mit einem verlängerten Ankerwellenabschnitt in das Getriebegehäuse hinein, wo eine Schneckenverzahnung der Ankerwelle mit einer entsprechenden Gegenverzahnung eines Getrieberads kämmt. Eine oder mehrerer weitere radiale Lagerungen der Ankerwelle finden im Bereich des Getriebegehäuses statt.
Das üblicherweise aus Stahl im Tiefziehverfahren hergestellte Poltopfgehäuse trägt an seinem Innenumfang streifenförmige Magnetelemente, die axial bis in den Bereich eines Poltopfbodens reichen. Das Radiallager für die Ankerwelle in dem Poltopfgehäuse ist in einem im Durchmesser verringerten, auf der dem Getriebegehäuse abgewandten Seite des Poltopfgehäuses ausgebildeten Abschnitt angeordnet und dort durch eine Klemm- oder Presspassung positioniert. Damit sich bei der Ausbildung der Klemm- bzw. Presspassung, die eine radiale Kraft auf den Außendurchmesser der Lagereinrichtung zur Folge hat, keine Verringerung des Innendurchmessers der Bohrung des Radiallagers erfolgt, was ansonsten zu einer erhöhten Reibung zwischen der radial inneren Lagerstelle des Radiallagers und der Ankerwelle führen würde, ist es bekannt, ein derartiges Radiallager mit zwei radial umlaufenden, am Außenumfang bzw. im Bereich der Lageraufnahmebohrung angeordnete Lagerbereiche auszustatten, die axial voneinander beabstandet sind. In den Bereichen außerhalb der angesprochenen Lagerbereiche weist das Radiallager einen verringerten Außendurchmesser bzw. einen vergrößerten Bohrungsdurchmesser auf. Beim Stand der Technik ist die Anordnung des Radiallagers derart, dass der Lagerbereich am Außenumfang des Radiallagers, der von dem entsprechenden Abschnitt des Motorgehäuses bzw. Poltopfgehäuses umfasst ist, auf der dem Getriebegehäuse bzw. dem Anker zugewandten Seite angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, das Radiallager vollständig innerhalb des den verringerten Durchmesser aufweisenden Abschnitts im Poltopfgehäuse anzuordnen. Dies wiederum hat den Vorteil, dass der Anker bzw. die Ankerwicklungen bis nahe an den Poltopfboden herangeführt werden können.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Elektromotor, insbesondere für einen Komfortantrieb in einem Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass er insbesondere bei Ausbildung des Elektromotors in sogenannter Folgepoltechnologie oder Vierpoltechnologie mit damit verbundenen möglichen Wickelschemata der Ankerwicklungen einen besonders kompakten Aufbau und eine besonders geringe Geräuschentwicklung aufweist. Darüber hinaus weist der Elektromotor auch ein besonders geringes Gewicht und eine verbesserte bzw. vereinfachte Herstellbarkeit auf.
Dies wird im Wesentlichen erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der in Wirkverbindung mit der Ankerwelle angeordnete Lagerbereich des Radiallagers auf der dem Anker bzw. den Ankerwicklungen zugewandten Seite angeordnet ist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass das Radiallager gegenüber der bisherigen Anordnung beim oben genannten Stand der Technik um 180° gedreht angeordnet ist. Eine derartige Anordnung des Radiallagers bewirkt, dass der axiale Abstand zwischen den Lagerstellen der Ankerwelle, d.h. zwischen der Lagerstelle im Bereich des Poltopfgehäuses und der ihr zugewandten Lagerstelle im Bereich des Getriebegehäuses verkürzt ist. Dies wiederum hat zur Folge, dass die Eigenresonanz des Ankers erhöht wird. Insbesondere kann dadurch die Eigenresonanz außerhalb des Arbeitsbereichs des Elektromotors verschoben werden, wodurch eine Geräuschverbesserung bzw. Geräuschreduzierung ermöglicht wird. Gleichzeitig wird dadurch, dass das Radiallager axial nicht mehr so tief in den Bereich des einen geringeren Durchmesser aufweisenden Abschnitts des Poltopfgehäuses bzw. Motorgehäuses eintauchen muss bewirkt, dass der entsprechende Abschnitt in seiner axialen Länge verkürzt werden kann, was einerseits eine vereinfachte Herstellbarkeit im Tiefziehverfahren ermöglicht, und andererseits die axiale Baulänge des Motorgehäuses verringert.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Elektromotors sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Eine zusätzliche Verkürzung der axialen Baulänge des Poltopfgehäuses wird dadurch ermöglicht, dass das Poltopfgehäuse einen Poltopfboden aufweist, der senkrecht zur Längsachse angeordnet ist, dass sich an den Poltopfboden auf der dem Anker abgewandten Seite der Aufnahmebereich für das Radiallager anschließt, und dass das Radiallager mit seiner dem Anker zugewandten Stirnfläche den Poltopfboden in Richtung zum Anker hin axial überragt. Eine derartige Ausbildung hat darüber hinaus den besonderen Vorteil, dass der bei der Montage der Magnetelemente verwendete Kleber, der in noch nicht ausgehärtetem Zustand ggf. entlang des Poltopfbodens laufen kann, nicht oder nur unter bestimmten Umständen in den Bereich des Radiallagers gelangen kann, so dass die Robustheit des Fertigungsprozesses beim Kleben von Magnetelementen erhöht wird.
Zur Reduzierung der Magnetflussverluste, die bei einer Folgepoltechnologie im Bereich des Wickelkopfes durch das magnetische Streufeld ausgeprägter sind als bei der Zweipoltechnologie, ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn zwischen den Ankerwicklungen und dem Poltopfboden ein möglichst großer Axialspalt ausgebildet ist. Dieser Axialspalt kann dadurch, dass der Abschnitt zur Aufnahme des Radiallagers im Poltopfgehäuse eine verringerte axiale Baulänge aufweisen muss tendenziell durch eine Vergrößerung des Abstands zwischen dem Poltopfboden und den Ankerwicklungen bei gleichbleibender axialer Gesamtlänge des Motorgehäuses vergrößert werden. Ein derartiger, relativ großer Axialspalt hat darüber hinaus den Vorteil, dass ggf. anstelle einer Verklebung der Magnete mit dem Poltopfgehäuse eine Magnethaltefeder sich leichter integrieren lässt.
Zur Minimierung der axialen Baulänge des Motorgehäuses bzw. des Poltopfgehäuses ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn die Ankerwicklungen auf der dem Radiallager zugewandten Seite einen Wickelkopf ausbilden, der auf der dem Radiallager zugewandten Seite in einem radialen Überdeckungsbereich mit dem Radiallager eine Vertiefung bzw. einen Freiraum ausbildet, in die bzw. den das Radiallager eintaucht.
Die Erfindung umfasst auch eine Getriebe-Antriebseinrichtung, insbesondere für einen Komfortantrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einem soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Elektromotor. Insbesondere findet der Komfortantrieb Verwendung als Fensterhebermotor oder Sitzverstellungsmotor, wo die Vorteile des besonders kompakten Aufbaus bei geringer Geräuschentwicklung besonders gut zum Tragen kommen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt in:

1 einen an ein Getriebegehäuse angeflanschten Elektromotor in einem Längsschnitt und
2 ein Detail der 1 im Bereich der Radiallagerung der Ankerwelle in vergrößerter Darstellung in einem Teillängsschnitt.

Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
In der 1 ist ausschnittsweise eine Getriebe-Antriebseinrichtung 100 für einen Komfortantrieb eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Unter einem Komfortantrieb wird im Rahmen der Erfindung insbesondere ein Fensterheberantrieb oder ein Sitzverstellungsantrieb verstanden. Die Erfindung soll jedoch auch auf andere Komfortantriebe wie Schiebedachantrieb oder ähnliche anwendbar sein.
Die Getriebe-Antriebseinrichtung 100 weist ein lediglich bereichsweise dargestelltes Getriebegehäuse 1 auf, an das ein Elektromotor 10 mittels Befestigungsschrauben 2 anflanschbar ist.
Der Elektromotor 10 ist in sogenannter Folgepoltechnologie oder auch Vierpoltechnologie aufgebaut und weist einen Anker 12 mit einer Ankerwelle 14 auf. Der Anker 12 ist in einem als Poltopfgehäuse 16 ausgebildeten Motorgehäuse 18 des Elektromotors 10 angeordnet. Das Poltopfgehäuse 16 besteht vorzugsweise aus Stahl bzw. einem ferromagnetischen Material und ist im Tiefziehverfahren hergestellt. Innerhalb des Poltopfgehäuses 16, welches im Wesentlichen topfförmig bzw. zylindrisch ausgebildet ist, sind mehrere streifenförmige Magnetelemente 20 am Innenumfang des Poltopfgehäuses 16 angeordnet und befestigt, beispielsweise durch eine nicht dargestellte Klebeverbindung. Der Anker 12 weist darüber hinaus, wie an sich bekannt, ein aus einer Vielzahl von Lamellen bestehendes Lamellenpaket 22 auf, das der Anordnung bzw. der Aufnahme von Ankerwicklungen 24 dient. Die Ankerwicklungen 24 sind wiederum mit einer im Einzelnen nicht dargestellten Bürstenträgereinrichtung 26 verbunden.
Die Ankerwelle 14 ragt mit einem dem Getriebegehäuse 1 zugewandten Endabschnitt in eine Öffnung des Getriebegehäuses 1 hinein und ist dort mittels einer Schneckenverzahnung mit einem nicht dargestellten Getrieberad wirkverbunden angeordnet, welches wiederum zumindest mittelbar der Verstellung eines Elements (beispielsweise Sitz, Fensterheber oder ähnliches) dient. Der soweit beschriebene grundsätzliche Aufbau des Elektromotors 10 sowie der Getriebe-Antriebseinrichtung 100 sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt.
Das Poltopfgehäuse 16 weist auf der dem Getriebegehäuse 1 abgewandten Seite einen senkrecht zur Längsachse 28 des Ankers 12 angeordneten Poltopfboden 30 auf, der in einen gegenüber dem restlichen Poltopfgehäuse 16 verringerten Durchmesser aufweisenden Aufnahmebereich 32 übergeht, der in etwa topfförmig ausgebildet ist. Der Aufnahmebereich 32 dient der bereichsweisen Aufnahme eines Radiallagers 34 zur radialen Lagerung der Ankerwelle 14.
Weiterhin ist die Ankerwelle 14, insbesondere im Bereich des Getriebegehäuses 1, mittels wenigstens einer weiteren Lagereinrichtung radial gelagert (nicht dargestellt). Lediglich in der 1 ist darüber hinaus erkennbar, dass auf der dem Getriebegehäuse 1 abgewandten Seite in dem Aufnahmebereich 32 ein Axialanschlagelement 36 angeordnet ist, das die Bewegung des Ankers 12 in Richtung des Aufnahmebereichs 32 limitiert.
Das Radiallager 34, das im Wesentlichen hülsenförmig ausgebildet ist, weist an seinem Außenumfang einen ersten, radial umlaufenden Lagerbereich 38 auf. Im Bereich des ersten Lagerbereichs 38, der über eine Klemm- bzw. Pressverbindung in Wirkverbindung mit der Innenwand 40 des Aufnahmebereichs 32 des Poltopfgehäuses 16 angeordnet ist, weist das Radiallager 34 seinen größten Außendurchmesser auf. Wie insbesondere anhand der 2 erkennbar ist, weist das Radiallager 34 auf der dem Getriebegehäuse 1 bzw. dem Anker 12 sowie auf der dem Aufnahmebereich 32 zugewandten Seite jeweils Abschnitte 42, 44 auf, in denen der Außendurchmesser des Radiallagers 34 geringer ist als im Bereich des ersten Lagerbereichs 38.
Weiterhin weist das Radiallager 34 eine konzentrisch zur Längsachse 28 angeordnete Lagerbohrung 46 auf, die der Aufnahme bzw. Lagerung der Ankerwelle 14 dient. Im Bereich der Lagerbohrung 46 bildet das Radiallager 34 einen zweiten Lagerbereich 48 aus, der ebenfalls als radial umlaufender Lagerbereich 48 ausgebildet ist, und der in Wirkverbindung bzw. in Anlage mit dem Außenumfang der Ankerwelle 14 angeordnet ist. Im Bereich des zweiten Lagerbereichs 48 weist die Lagerbohrung 46 ihren geringsten Durchmesser auf. Wie insbesondere anhand der 2 erkennbar ist, schließen sich beidseitig des zweiten Lagerbereichs 48 Abschnitte 50, 52 an, in denen der Durchmesser der Lagerbohrung 46 vergrößert ist.
Wesentlich ist, dass zwischen den beiden Lagerbereichen 38, 48 in Richtung der Drehachse 28 betrachtet ein axialer Abstand A ausgebildet ist. Weiterhin ist insbesondere anhand der 2 erkennbar, dass der zweite Lagerbereich 48 auf der dem Anker 12 bzw. den Ankerwicklungen 14 zugewandten Seite angeordnet ist, während der erste Lagerbereich 38 auf der dem Aufnahmebereich 32 des Poltopfgehäuses 16 zugewandten Seite angeordnet ist.
Die dem Anker 12 bzw. den Ankerwicklungen 14 zugewandte Stirnfläche 54 des Radiallagers 34 überragt den Poltopfboden 30 in Richtung zu dem Anker 12. Weiterhin ist anhand der 2 erkennbar, dass die Ankerwicklungen 14 auf der dem Aufnahmebereich 32 zugewandten Seite einen Wickelkopf 56 ausbilden, der in einem radial inneren Bereich einen Freiraum 58 bildet, in den das Radiallager 34 mit seiner Stirnfläche 54 bereichsweise hineinragt. Weiterhin ist zwischen dem Wickelkopf 56 und dem Poltopfboden 30 ein Axialspalt 60 ausgebildet. Der axiale Abstand zwischen dem Freiraum 58 und dem Radiallager 34 entspricht in etwa dem Axialspalt 60 zwischen dem Poltopfboden 30 und den Ankerwicklungen 24 außerhalb des Freiraums 58. Auch ist anhand der Figuren erkennbar, dass durch eine Einprägung 62 im Bereich des Poltopfbodens 30 ein Axialanschlag für die Magnetelemente 20 ausgebildet wird.
Der soweit beschriebene Elektromotor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.

Claims

Elektromotor (10), insbesondere für einen Komfortantrieb in einem Kraftfahrzeug, mit einem Poltopfgehäuse (16) zur Aufnahme eines Ankers (12), wobei der Anker (12) Ankerwicklungen (24) und eine in einem Radiallager (34) drehbar gelagerte Ankerwelle (14) aufweist, wobei das Radiallager (34) an seinem Außenumfang einen radial umlaufenden ersten Lagerbereich (38) aufweist, der mit einer Innenwand (40) des Poltopfgehäuses (16) zusammenwirkt, wobei das Radiallager (34) in einer Lagerbohrung (46) einen radial umlaufenden zweiten Lagerbereich (48) aufweist, der mit der Ankerwelle (14) zusammenwirkt, wobei sich die beiden Lagerbereiche (38, 48) jeweils lediglich über einen Teilbereich der axialen Länge des Radiallagers (38, 48) erstrecken, wobei die beiden Lagerbereiche (38, 48) in Bezug zu einer Längsachse (28) in einem axialen Abstand (A) voneinander beabstandet angeordnet sind, und wobei der zweite Lagerbereich (48) auf der dem Anker (12) zugewandten Seite angeordnet ist.
Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Radiallager (34) in Richtung der Längsachse (28) betrachtet außerhalb des ersten Lagerbereichs (38) wenigstens einen Abschnitt ((42, 44) mit einem verkleinerten Außendurchmesser und außerhalb des zweiten Lagerbereichs (48) im Bereich der Lagerbohrung (46) wenigstens einen Abschnitt (50, 52) mit einem vergrößerten Bohrungsdurchmesser aufweist.
Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Poltopfgehäuse (16) einen Poltopfboden (30) aufweist, der senkrecht zur Längsachse (38) angeordnet ist, dass sich an den Poltopfboden (30) auf der dem Anker (12) abgewandten Seite ein Aufnahmebereich (32) für das Radiallager (34) anschließt, und dass das Radiallager (34) mit seiner dem Anker (12) zugewandten Stirnfläche (54) den Poltopfboden (30) in Richtung zum Anker (12) überragt.
Elektromotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Ankerwicklungen (24) und dem Poltopfboden (30) ein Axialspalt (60) ausgebildet ist.
Elektromotor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerwicklungen (24) auf der axial dem Radiallager (34) zugewandten Seite einen Wickelkopf (56) ausbilden, und dass der Wickelkopf (56) in einem radialen Überdeckungsbereich mit dem Radiallager (34) einen Freiraum (58) ausbildet.
Elektromotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Radiallager (34) axial in den Freiraum (58) eintaucht.
Elektromotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand zwischen dem Freiraum (58) und dem Radiallager (34) etwa einem Axialspalt (60) zwischen dem Poltopfboden (30) und den Ankerwicklungen (24) außerhalb des Freiraums (58) entspricht.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (10) vier Statorpole aufweist, die als Folgepolelektromotor oder als vier Permanentmagnetpole ausgebildet sind.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Poltopfgehäuse (16) als Tiefziehteil ausgebildet ist und aus Stahl besteht.
Getriebe-Antriebseinrichtung (100), insbesondere für einen Komfortantrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einem Elektromotor (10), der nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.