DE102019202859A1

DE102019202859A1 - Elektrische Maschine sowie Verfahren zum Herstellen einer solchen elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102019202859A1
Application number: DE102019202859.4A
Authority: DE
Inventors: Roman Koch; Janos Tamas Csoti
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-03-04
Filing date: 2019-03-04
Publication date: 2020-09-10

Abstract

Elektrische Maschine (12), sowie Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine (12), mit einem Statorgrundkörper (34), der in einem zylindrischen Gehäuse (15) angeordnet ist, und mit einem Lagerschild (52), in dem mittels eines Wälzlagers (54) ein Rotor (50) gelagert ist, und das Lagerschild (52) ebenfalls im Gehäuse (15) angeordnet ist und den Rotor (50) und den Statorgrundkörper (34) axial abdeckt, und zur Rotorlage-Erfassung am Rotor (50) ein Signalgeber (21) und am Lagerschild (52) ein Signalsensor (31) angeordnet ist, wobei der Signalsensor (31) an der dem Rotor (50) gegenüberliegenden Innenseite (53) des Lagerschilds (52) befestigt ist und axial unmittelbar gegenüber dem Signalgeber (21) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine, sowie auf ein Verfahren zum Herstellen einer solchen elektrischen Maschine nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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. In den Magnethalter ist ein Magnetelement eingebettet, dessen Magnetfeld beim Umlaufen der Motorwelle von einem gehäuseseitigen Sensor erfasst wird.
Die DE 10 2015 226 054 A1 weist ein auf der Motorwelle angeordnetes Ritzel auf, über das die Kraft- bzw. Momentenübertragung zwischen einem Elektromotor und einer weiteren Einrichtung, beispielsweise einem Getriebe erfolgt. Zur Erfassung der aktuellen Winkellage der Motorwelle ist eine Magnetanordnung mit einem Sensormagneten drehfest mit dem Ritzel verbunden. Die Magnetanordnung ist Bestandteil einer Positionserfassungseinrichtung, die zusätzlich einen gehäuseseitigen Sensor zur Sensierung des sich drehenden Magnetfeldes des Sensormagneten umfasst.
Bei diesen Ausführungen ist der Sensormagnet jeweils axial an der Außenseite des Lagerschilds auf der Rotorwelle angeordnet. Der Magnetsensor ist separat vom Rotor und dem Lagerschild am Motorgehäuse bzw. an der Elektronikeinheit befestigt. Das hat den Nachteil, dass ein relativ großer axialer Bauraum zur Verfügung stehen muss, und die Rotorlage-Erfassung erst nach der kompletten Montage des Elektromotors geprüft werden kann. Diese Nachteile sollen durch die erfindungsgemäße Lösung behoben werden.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass durch die Befestigung des Signalsensors unmittelbar an der Innenseite des Lagerschilds die gesamte Rotorlage-Erfassung vollständig innerhalb des fertig montierten Motors angeordnet ist. Dadurch kann einerseits axialer Bauraum eingespart werden, der entsprechend für den Anschluss einer Getriebeeinheit oder einer Pumpeneinheit genutzt werden kann. Andererseits ist die kompakte Ausführung der Rotorlage-Erfassung auch dazu geeignet, das Sensorsystem in der vormontierten Baugruppe, bestehend aus Rotor und Lagerschild, abschließend testen zu können. Des Weiteren werden durch diese kompakte Ausführung der Rotorlagen-Erfassung Montageschritte eingespart, und die Toleranzkette bei der Fertigung verringert. Dadurch kann bei verringertem Bauvolumen der elektrischen Maschine die Rotorlage exakter erfasst werden, wodurch bspw. die elektronische Kommutierung des EC-Motors verbessert wird.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen vorgegebenen Ausführungen möglich. Ist der Signalsensor in eine Sensorplatine integriert, kann diese Sensorplatine axial sehr dünn ausgebildet werden, wodurch sich der axiale Bauraum verringert. Durch die ringförmige Ausbildung einer solchen Sensorplatine kann besonders günstig der zur Verfügung stehende Bauraum radial um das Rotorlager herum ausgenutzt werden, so dass lediglich die axiale Bauhöhe des Wälzlagers den notwendigen Bauraum für den Signalsensor bestimmt.
Besonders günstig kann eine solche Sensorplatine auf einem scheibenförmigen Träger aus Kunststoff befestigt werden, der bevorzugt unmittelbar an der Innenseite des Lagerschildes befestigt wird. Dabei können am Kunststoff-Träger in sehr einfacherweise Befestigungs-Pins angeformt werden, die in entsprechende Aufnahmen im Lagerschild eingefügt werden. Die Befestigungs-Pins können dabei entweder als Presspassung mit entsprechenden Aufnahmen ausgebildet werden, oder mittels Heißverstemmen zuverlässig am Lagerschild befestigt werden, ohne dass dies zusätzlichen axialen Bauraum beansprucht.
Besonders kostengünstig kann das Lagerschild mittels Tiefziehen hergestellt werden. Dabei kann beim Tiefziehen sowohl der axiale Fortsatz für das Rotorlager, als auch eine äußere zylindrische Umfangswand ausgeformt werden, mit der das Lagerschild in das Motorgehäuse eingepresst werden kann. Durch die Anordnung der Sensorplatine auf dem Kunststoffträger ist die Sensorplatine elektrisch auch gegenüber dem Lagerschild aus Blech elektrisch isoliert.
Zur zuverlässigen Montage der Permanentmagneten im Rotor weist der Rotor ein Rotorpaket auf, in den in Axialrichtung Magnettaschen ausgeformt sind. Dies kann besonders günstig mittels einzelner Blechlamellen realisiert werden, in denen die Magnettaschen ausgestanzt werden und die Blechlamellen anschließend axial mit einander verbunden werden. Die Blechlamellen sind dabei bevorzugt in Axialrichtung stanzpaketiert und auf die Rotorwelle aufgepresst.
In einer bevorzugten Ausführung ist der Signalgeber unmittelbar axial am Rotorpaket befestigt. Der Signalgeber ist dabei besonders günstig ringförmig ausgebildet, so dass er die Rotorwelle vollständig umschließt. Dabei kann der Signalgeber entweder als ringförmiger Sensormagnet ausgebildet sein, oder aber in anderer Weise ein Gebersignal erzeugen. Wird der Signalgeber direkt am Rotorpaket fixiert, in das die Permanentmagnete unmittelbar eingesetzt sind, wird die Toleranzkette bzgl. der Rotorlage zu den Permanentmagneten minimiert.
Dazu ist der Signalgeber besonders vorteilhaft auf einer Kunststoff-Trägerplatte befestigt, die wiederum axial direkt am Rotorkörper befestigt ist. Hierbei sind an der Trägerplatte, die bevorzugt aus Kunststoff gespritzt ist, in Axialrichtung vorlaufende Befestigungsstifte ausgebildet, die in korrespondierende axiale Löcher im Rotorpaket eingreifen. Zur exakten radialen und tangentialen Ausrichtung können an der Trägerplatte und/oder an den Löchern entsprechende Zentrierelemente ausgebildet sein, die die Trägerplatte bei deren axialen Einfügen in den Rotorkörper entsprechend führen. Die Befestigungsstifte können wiederum als Presspassung oder aber auch als Heißverpräge-Stifte ausgeführt sein, um die Trägerplatte zuverlässig am Rotorkörper zu befestigen.
Die Trägerplatte des Signalgebers weist in ihrem radialen inneren Bereich bevorzugt eine axiale Vertiefung zum Rotorpaket hin auf, in die besonders günstig axial der Axialfortsatz des Lagerschilds mit dem darin angeordneten Lager eingreifen kann. Dadurch wird axialer Bauraum eingespart, und der radial äußere Bereich des Signalgebers kann als Ringbereich um den axialen Fortsatz des Lagerschilds herum axial unmittelbar bis an den Signalsensor herangeführt werden, der an der Innenseite des Lagerschilds befestigt ist.
In einer bevorzugten Ausführung der Rotorlage-Erfassung weist der Signalgeber keine Sensormagnete auf. Vielmehr ist an der axialen Oberfläche zum Signalsensor hin auf der Trägerplatte aus Kunststoff eine metallisch gut leitende Beschichtung aufgebracht, die axial mit einem entsprechenden Sensorsystem des Signalsensors zusammenwirkt. Die Metallbeschichtung ist in Umfangsrichtung in mehrere Winkelsegmente getrennt, das heißt auch elektrisch gegeneinander insoliert. Dabei stellt die Trägerplatte aus Kunststoff die Isolierung für die mehreren Beschichtungs-Bereiche dar. Besonders günstig werden die Beschichtungssegmente als Kupferbeschichtung ausgeführt. Zwischen den einzelnen Winkelsegmenten sind an der Oberfläche radiale Stege des Kunststoff-Trägers als Isolation ausgebildet.
Der Stator der elektrischen Maschine weist einen Statorgrundkörper auf, der bevorzugt ebenfalls aus einzelnen Blechlamellen zusammengesetzt ist. Dabei erstrecken sich Statorzähne radial nach innen zum Rotor hin. Die Wicklung ist bevorzugt als Einzelzahnwicklung ausgeführt, wobei die einzelnen Einzelzahnwicklungen mittels einer Anschlussplatte miteinander verschaltet sind, die axial auf dem Statorgrundkörper angeordnet ist. In der Anschlussplatte sind elektrisch gegeneinander isolierte Leitelement angeordnet, die einerseits die Einzelzahnspulen kontaktieren, und andererseits Anschluss-Pins ausbilden, die sich axial zur Elektronikeinheit hin erstrecken. Zur elektronischen Kontaktierung des Signalsensors, der an der Innenseite des Lagerschilds angeordnet ist, sind in der Anschlussplatte Kontaktelemente befestigt, die einerseits die Sensorplatine kontaktieren und andererseits Anschlüsse für die Elektronikeinheit zur Verfügung stellen. Die Kontaktelemente sind dabei besonders günstig als Einlegeteile für das Spritzgießen der Anschlussplatte ausgebildet. Alternativ können die Kontaktelemente auch als Einsteckteile in entsprechende Aussparungen in der Anschlussplatte eingeklemmt werden. Da die Kontaktelemente in die Anschlussplatte des Stators integriert sind, wird die Sensorplatine des Signalsensors automatisch mit der Axialmontage der Vorbaugruppe, bestehend aus dem Rotor mit dem Lagerschild, elektrisch kontaktiert.
Für die elektrische Verbindung zur Elektronikeinheit, sind im Lagerschild ein oder mehrere axiale Durchgangslöcher ausgestanzt, durch die hindurch sich die Kontakt-Pins der Kontaktelemente erstrecken. Dadurch kann der Signalsensor mittels der Kontaktelement in gleicher Weise mit der Elektronikeinheit verbunden werden, wie die Anschluss-Pins der Anschlussplatte, die ebenfalls durch axiale Durchbrüche im Lagerschild hindurch mit der Elektronikeinheit verbunden sind.
Durch die Ausbildung der Trägerplatte für den Signalsensor aus Kunststoff, können am Kunststoff bspw. mittels Spritzgießen axiale Befestigungs-Pins zum Lagerschild und gegenüberliegend zur Sensorplatine ausgebildet werden. Besonders kostengünstig können diese Befestigungs-Pins als Heißverpräge-Stifte ausgebildet werden, deren axiale Enden mittels Wärmeeintrag zu Nietköpfen umgeformt werden. Dadurch wird ein axialer Formschluss zwischen der Trägerplatte und der Sensorplatine einerseits, und zwischen der Trägerplatte und dem Lagerschild andererseits geschaffen, so dass die Sensorplatine zuverlässig exakt am Lagerschild fixiert wird.
Durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren der elektrischen Maschine können bei der Montage der Rotorlagen-Erfassung zusätzliche Montageschritte eingespart werden. Dabei kann zuerst der Statorgrundkörper in ein einseitig geschlossenes Polgehäuse axial eingesetzt werden. Dabei ist axial auf dem Statorgrundkörper die Anschlussplatte zur Verschaltung der elektrischen Entwicklung angeordnet. In einem weiteren Montageschritt wird auf den fertig zusammengesetzten Rotor axial der Signalgeber aufgesetzt und befestigt. Andererseits wird an der Innenseite des Lagerschilds axial der Signalsensor befestigt. Nun wird der Rotor mit dem daran befestigten Signalgeber in das Lager eingefügt, das im Lagerschild befestigt ist. Dadurch bildet der Rotor zusammen mit dem Lagerschild eine Vorbaugruppe, die nun als Ganzes axial in das Polgehäuse eingefügt wird. Dabei wird das Lagerschild bevorzugt über eine Pressverbindung im Polgehäuse gehalten. Der Rotor wird axial gegenüberliegend zum Lagerschild in einem zweiten Lager in der Bodenfläche des Polgehäuses gelagert. Besonders günstig sind zuvor im Lagerschild axiale Durchbrüche derart ausgeformt, dass beim axialen Einfügen des Lagerschilds die Anschlusspins der Anschlussplatte und die Kontaktpins der Kontaktelemente für den Signalsensor axial hindurchragen, um mit der Elektronikeinheit verbunden werden zu können. Dazu wird die Elektronikeinheit nach dem Lagerschild axial auf dieses aufgesetzt.
Zur Einstellung des exakten axialen Abstandes zwischen dem Signalgeber und dem Signalsensor kann bei der Montage der Vorbaugruppe der Einpressweg der Rotorwelle in den Innenring des Festlagers gemessen werden. Dadurch kann der axiale Abstand zwischen dem Signalgeber und dem Signalsensor eingestellt werden. Dieser voreingestellte axiale Abstand ändert sich beim Einfügen dieser Vorbaugruppe in das Gehäuse nicht mehr. Das Lagerschild wird dabei bevorzugt mittels Schrumpfpressen in das Polgehäuse eingefügt, bei dem das Polgehäuse zuvor erwärmt wird. Ein solcher Fertigungsprozess hat gegenüber bisherigen Ausführungen den wesentlichen Vorteil, dass die Rotorlagen-Erfassung schon an der Vorbaugruppe vollständig getestet werden kann. Im Gegensatz hierzu kann bei den bisherigen Ausführungen sowohl der Signalgeber als auch der Signalsensor erst nach vollständiger Montage des Rotors und des Lagerschilds im Motorgehäuse geprüft werden. Da beim Stand der Technik der Signalsensor als Bestandteil der Elektronikeinheit ausgebildet ist, kann die Rotorlage-Erfassung sogar erst nach vollständiger Montage der Elektronikeinheit geprüft werden.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren eignet sich besonders für EC Motoren, die für hochpräzise Stellanwendung vorgesehen sind, wie dies bspw. bei der Servolenkung im Kraftfahrzeug der Fall ist. Andererseits kann auch eine solche erfindungsgemäß Rotorlagen-Erfassung für den Einsatz von Drehantrieben wie bspw. Pumpen vorteilhaft sein, um die Drehzahl sehr exakt zu regeln.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 schematisch einen Schnitt durch eine elektrische Maschine nach einer bisherigen Ausführung und entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors,
3a zwei Ansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels eines und 3b erfindungsgemäßen Lagerschilds,
4 ein Zusammenbau des Ausführungsbeispiels gemäß 2 und 3, und
5 eine Detailansicht der erfindungsgemäßen Rotorlagen-Erfassung gemäß 4.

In 1 ist der Schnitt durch eine elektrische Maschine 12 dargestellt, wobei die rechte Seite eine intern bekannte, bisherige Rotorlage-Erfassung 62, und die linke Seite die neue erfindungsgemäße Rotorlage-Erfassung 62 zeigt. Auf beiden Seiten ist in einem zylindrischen Gehäuse 15 ein Statorgrundkörper 34 angeordnet, der eine elektrische Wicklung 20 aufnimmt. Dazu weist der Statorgrundkörper 34 radial nach innenragende Statorzähne 14 auf, die die einzelnen Statorpole 13 bilden. Die Statorpole 13 weisen mit Zahnköpfen 16 radial zu einem Rotor 50 hin, der radial innerhalb des Statorgrundkörpers 34 gelagert ist. Axial oberhalb des Statorgrundkörpers 34 ist eine Anschlussplatte 42 angeordnet, die mehrere Leiterelemente 43 aufweist. Mittels der Leiterelemente 43 ist elektrische Wicklung 20 kontaktiert und kann über eine hier nicht näher dargestellte Elektronikeinheit 60 elektronisch kommutiert werden. Axial oberhalb der Anschlussplatte 42 ist ein Lagerschild 52 angeordnet, das ein erstes Lager 55 für den Rotor 50 aufnimmt. Axial gegenüberliegend zum ersten Lager 55 ist im Boden 17 des Gehäuses 15 ein zweites Lager 65 angeordnet. Der Rotor 50 weist eine Rotorwelle 51 auf, auf der ein Rotorpaket 49 angeordnet ist, das mehrere Permanentmagnete 48 aufnimmt. Die Rotorwelle 51 greift axial in das erste Lager 55 und in das zweite Lager 65 ein und ist über diese sowohl in Axialrichtung 7 als auch in Axialrichtung 8 zuverlässig im Gehäuse 15 gelagert. Am axial oberen Ende ist auf der Rotorwelle 51 ein Abtriebselement 46 angeordnet, über das das Antriebsmoment der elektrischen Maschine 12 beispielsweise an eine Getriebeeinheit 100 übertragen werden kann. In der rechten Bildhälfte ist zu erkennen, dass ein ringförmiger Sensormagnet 90 axial oberhalb des Lagerschilds 52 auf der Rotorwelle 51 angeordnet ist. Dieser Sensormagnet 90 ist dabei auf einem Zwischenring 92 angeordnet, der auf einer axialen Verlängerung 94 des Abtriebselements 46 angeordnet ist. Der ringförmige Sensormagnet 90 greift zumindest teilweise in Axialrichtung 8 in eine ringförmige Vertiefung 96 im Lagerschild 52 ein. Zum Detektieren des Signals des Sensormagneten 90 ist axial oberhalb oder radial außerhalb des Sensormagneten 90 ein korrespondierender Magnetsensor angeordnet, der das erfasste Rotorlagesignal an die Elektronikeinheit 60 weiterleitet. Axial oberhalb des Sensormagneten 90 ist gestrichelt der Bauraum 98 eingezeichnet, der für die Anordnung einer Getriebes 100 oder einer Pumpenanordnung vorgesehen ist. In der linken Bildhälfte ist hingegen die erfindungsgemäße Rotorlage-Erfassung 62 dargestellt, bei der ein größeres Volumen 99 für das Getriebe 100 bzw. die Pumpeneinheit zur Verfügung steht. Dabei ist die gesamte Rotorlage-Erfassung 62 axial unterhalb des Lagerschilds 52 angeordnet, wodurch der axiale Bauraum der elektrischen Maschine 12 einschließlich der Rotorlagen-Erfassung 62 reduziert wird. Erfindungsgemäß ist ein Signalgeber 21 an der Unterseite des Lagerschilds 52 befestigt. Der Signalsensor 31 erstreckt sich dabei ringförmig um das gesamte erste Lager 55, das hier beispielsweise als Wälzlager 54, insbesondere als Kugellager ausgebildet ist. Das Wälzlager 54 ist dabei in einem zentralen axialen Fortsatz 58 des Lagerschilds 52 befestigt, beispielsweise eingepresst. Somit umfasst der Signalsensor 31 auch den zentralen Fortsatz 58. Axial gegenüberliegend zu diesem ringförmigen Signalsensor 31 ist mit einem Abstand 30 der Signalgeber 21 am Rotor 50 befestigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Signalgeber 21 als ringförmige Scheibe ausgebildet, die unmittelbar auf der Rotorwelle 51 befestigt ist. Dabei erstreckt sich der Signalgeber 21 als ebene Scheibe, näherungsweise parallel zur axialen Oberfläche des Rotorpakets 49. Der Signalgeber 21 kann beispielsweise als Ringmagnet ausgebildet sein, kann aber auch alternativ ein nichtmagnetisches Signal abgeben. Entsprechend kann der Signalsensor 31 als magnetisches Sensorelement 29 ausgebildet sein, oder entsprechend als nichtmagnetisches Sensorelement. Durch die Anordnung des Signalsensors 31 unmittelbar an der axialen Innenseite 53 des Lagerschilds 52 wird der axiale Bauraum, der für das erste Lager 55 notwendig ist, gleichzeitig für den Signalsensor 31 genutzt, da dieser ringförmig das erste Lager 55 umschließt. Der Signalgeber 21 kann dabei als relativ flache Scheibe ausgebildet werden, der wenig axialen Bauraum beansprucht. Dabei kann der axiale Abstand 30 zwischen dem Signalgeber 21 und dem Signalsensor 31 möglichst klein gehalten werden.
In 2 ist eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Signalgebers 21 dargestellt. Das Rotorpaket 49 ist wiederum direkt auf der Rotorwelle 51 angeordnet, beispielsweise aufgepresst. Das Rotorpaket 49 besteht bevorzugt aus einzelnen Blechlamellen 36, die aus einem Elektroblech ausgestanzt sind. Dabei sind im Rotorpaket 49 Aufnahmetaschen 47 ausgestanzt, in die die Permanentmagnete 48 axial eingefügt sind. Bei dieser Ausführung sind die Permanentmagnete 48 vollständig von dem Rotorpaket 49 in Radialrichtung 7 umschlossen. Die Permanentmagnete 48 sind bevorzugt quaderförmig ausgebildet und werden mittels Federlaschen 87, die an den Aufnahmetaschen 47 angeformt sind, radial nach außen gepresst. Bei dieser Ausführung ist der Signalgeber 21 axial unmittelbar am Rotorpaket 49 befestigt. Da mittels der Rotorlage-Erfassung 62 die Rotorlage der Permanentmagnete 48 erfasst werden soll, wird somit die Toleranzkette zwischen den Permanentmagneten 48 und dem Signalgeber 21 verkürzt. Der Signalgeber 21 weist eine Trägerplatte 22 auf, die beispielsweise aus Kunststoff gefertigt ist, beispielsweise mittels Spritzgießen. Diese Trägerplatte 22 weist axiale Befestigungsstifte 25 auf, die in entsprechende Aussparungen 27 im Rotorpaket 48 eingreifen. Dabei können die Befestigungsstifte 25 mit den Aussparungen 27 eine Presspassung bilden, oder die Befestigungsstifte 25 können mittels Heißverpressen in die Aussparungen 27 eingefügt sein. Im Ausführungsbeispiel der 2 ist die Trägerplatte 22 kreisrund ausgebildet, und weist einen zentralen Durchbruch 26 für die Ankerwelle 51 auf. Im mittleren Bereich weist die Trägerplatte 22 eine topfförmige Vertiefung 23 auf, in die in Axialrichtung 8 der zentrale Fortsatz 58 des Lagerschilds 52 mit dem Wälzlager 54 eingreift. Der radial äußere Bereich der Trägerplatte 22 bildet einen flanschförmigen Ringbereich 24, der die topfförmige Vertiefung 23 umschließt. An der axial zum Lagerschild 52 hin weisenden Oberfläche weist dieser flanschförmige Ringbereich 24 Kupfersegmente 28 auf, die bezüglich der Umfangsrichtung 9 getrennt voneinander ausgebildet sind. Die Kupfersegmente 28 sind beispielsweise als Oberflächenbeschichtung der Trägerplatte 22 aus Kunststoff ausgebildet und können dadurch beliebig dimensioniert werden. Im Ausführungsbeispiel sind die Kupfersegmente 28 als Kreisringsegmente ausgebildet, die in Umfangsrichtung 9 einen Abstand zueinander aufweisen. Dabei sind die Kupfersegmente 28 beispielsweise als vier getrennte Segmente ausgebildet, die sich insbesondere über etwas weniger als 90° erstrecken - beispielsweise 85° - 89°.
In 3a ist das Lagerschild 52 in der Einbaulage entsprechend dem Einbau der 1 dargestellt. An der Innenseite 53, d.h. zum Statorgrundkörper 34 und zum Rotor 50 zugewandt, ist der Signalsensor 31 befestigt. Beispielsweise ist der Signalsensor 31 als Sensorplatine 32 ausgebildet, die auf einem Kunststoff-Träger 33 angeordnet ist. Der Kunststoff-Träger 33 weist beispielsweise Befestigungs-Pins 35 auf, die sich in Axialrichtung 8 in entsprechende axiale Löcher 37 im Lagerschild 52 hinein erstrecken. Die Befestigungs-Pins 35 können mit den axialen Löchern 37 entweder eine Presspassung ausbilden oder wie in 3a gezeigt, als Warmverpräge-Stifte ausgebildet sein, die dann einen Nietkopf 38 bilden. Dieser Nietkopf 38 stellt dann einen axialen Formschluss mit dem Lagerschild 52 dar. Das Lagerschild 52 ist beispielsweise als Tiefziehteil aus einem Stahlblech hergestellt, wobei an dessen Zentrum der zentrale Fortsatz 58 für das Wälzlager 54 ausgeformt ist. Im radial äußeren Bereich weist das Lagerschild 52 eine axiale Stufe 40 auf, durch die an der der Innenseite 53 des Lagerschilds 52 ein größerer axialer Bauraum für die Anschlussplatte 42 zur Verfügung gestellt wird, wie dies in 1 auf der linken, erfindungsgemäßen Bildseite dargestellt ist. An einem äußeren radialen Rand 56 ist am Lagerschild 52 eine Zylinderwand 57 ausgebildet, die gemäß 1 radial an der Innenwand der Gehäuses 15 anliegt. Dabei kann die Zylinderwand 57 mit der Innenwand des Gehäuses 15 eine Presspassung ausbilden.
In 3b ist das Lagerschild 52 aus 3a von der axial gegenüberliegenden Seite gezeigt (von unten). Die Sensorplatine 32 ist ringförmig ausgebildet und umschließt den zentralen Fortsatz 58. Die Sensorplatine 32 ist auf dem Kunststoff-Träger 33 befestigt, der ebenfalls ringförmig ausgebildet ist, und den zentralen Fortsatz 58 mit dem Wälzlager 54 umschließt. Die Verbindung zwischen dem Kunststoff-Träger 33 und der Sensorplatine 32 kann ebenfalls mittels Befestigungsstiften 39 vorgesehen sein, die in entsprechende Stiftaufnahmen 79 eingefügt sind. Diese Befestigungsstifte 39 können wieder als Heißverpräge-Stifte ausgebildet sein, deren axiale Enden zu einem axialen Formschluss 80 umgeformt sind. Zur elektrischen Verbindung des Signalsensors 31 mit der Elektronikeinheit 60 sind in der Sensorplatine 32 Pin-Löcher 69 ausgebildet, in die entsprechende Kontakt-Pins 73 eingreifen können, wie dies in 4 und 5 dargestellt ist. Im Bereich der Pin-Löcher 69 weist der Kunststoff-Träger 33 eine Verdickung 68 auf, in die die entsprechende Kontakt-Pins 73 hineinragen können. Eine solche Verdickung 68 kann auch in eine korrespondierende Vertiefung 67 an der Innenseite 53 des Lagerschilds 52 eingreifen, um eine Verdreh-Sicherung zwischen dem Signalsensor 31 und dem Lagerschild 52 auszubilden.
4 zeigt eine vormontierte Montagebaugruppe 81, bestehend aus dem Rotor 50 und dem Lagerschild 52, die die vollständige Rotorlage-Erfassung 62 mit umfasst. Der Rotor 50 entspricht hier der Ausführung gemäß 2, bei der der Signalgeber 21 axial unmittelbar am Rotorpaket 49 axial befestigt ist. Der Signalsensor 31, der an der Innenseite 53 des Lagerschilds 52 befestigt ist, ragt bei dieser Ausführung in Radialrichtung 7 über die axiale Stufe 40 des Lagerschilds 52 hinaus. Auch hier ist wiederum die Verdickung 68 des Kunststoff-Trägers 33 erkennbar, der axial in die Vertiefung 67 an der Innenseite 63 des Lagerschilds 52 eingreift, um eine Verdreh-Sicherung auszubilden. Axial wird die Rotorwelle 51 so weit in das Wälzlager 54 eingepresst, bei sich der optimale Abstand 30 zwischen dem Signalgeber 21 und dem Signalsensor 31 einstellt. Die gesamte Vorbaugruppe 81 wird in Axialrichtung 8 in das Gehäuse 50 eingefügt, in das bereits des Statorgrundkörpers 34 mit der darauf angeordneten Anschlussplatte 42 eingefügt ist. An der Anschlussplatte 42 bilden die Leiterelemente 43 axial abstehende Anschluss-Pins 44 aus, die durch korrespondierende Durchgangsöffnungen 45 im Lagerschild 52 hindurchragen. Im Ausführungsbeispiel ist die Wicklung 20 als Einzelzahnspulen ausgebildet, die mittels der Leiterelemente 43 entsprechend miteinander verschaltet sind. Die Verschaltung der Anschlussplatte 42 ist so ausgelegt, dass die Wicklung 20 drei Phasen U, V, W ausbildet. In 4 ist erkennbar, dass die Statorzähne 14 sich nicht exakt in Axialrichtung 8 erstrecken, sondern in Umfangsrichtung 9 verschränkt zueinander ausgebildet sind. Der Statorgrundkörper 34 setzt sich hier beispielsweise auch aus einzelnen Lamellen zusammen, die in Umfangsrichtung 9 geschlossen ausgebildet sind. Die Kontaktierung der Leiterelemente 43 zur Wicklung 20 kann über Schneidklemmverbindungen, oder über Schweiß- bzw. Löt-Verbindungen erfolgen. Für den elektrischen Anschluss der Sensorplatine 32 sind an der Anschlussplatte 42 im Ausführungsbeispiel der 4 Kontaktelemente 70 an der Anschlussplatte 42 befestigt. Im Ausführungsbeispiel sind insbesondere sechs separate Kontaktelemente 70 angeordnet, deren erstes Ende 71 in die Pin-Löcher 69 der Sensorplatine 32 eingreifen. Dabei können die ersten Enden 71 als Einpresskontakte 74 ausgebildet sein. Zweite Enden 72 der Kontaktelemente 70 ragen in Axialrichtung 8 nach oben durch mindestens eine axiale Durchgangsöffnung 112 im Lagerschild 52. Die zweiten Enden 72 sind dabei als Kontakt-Pins 73 ausgebildet, die beim axialen Aufsetzen der Elektronikeinheit 60 mit dieser elektrisch verbunden werden. Als Zusammenbaudarstellung sind in 4 die Hilfslinien 76 dargestellt, entlang denen die Vorbaugruppe 81 in Axialrichtung 8 in das Gehäuse 15 eingesetzt wird, bis die Kontakt-Pins 73 durch die Durchgangsöffnungen 112 - und die Anschlusspins 44 durch die Durchbrüche 45 - axial hindurch ragen.
5 zeigt nun in einen Detailausschnitt der zusammengebauten elektrischen Maschinen 12 die Kontaktierung der Kontaktelemente 70. Die Kontaktelemente 70 sind U-förmig ausgebildet, wobei das erste Ende 71 einen kurzen Schenkel bildet, der mit dem Signalsensor 31 verbunden ist. Das zweite Ende 72 bildet einen längeren Schenkel, der durch die Durchgangsöffnung 112 hindurch elektrisch mit der Elektronikeinheit 60 kontaktiert ist. Das U-förmige Kontaktelement 70 ist beispielsweise in die Anschlussplatte 42 eingelegt oder in dieses eingespritzt. Zur mechanischen Stabilisierung des langen Schenkels des zweiten Endes 72 ist das metallene Kontaktelement 70 in einen Kunststoff-Schaft 111 geführt. Das erste Ende 71 ist beispielsweise als Einpresskontakt 74 ausgebildet, der direkt in die Sensorplatine 32 eingesteckt ist. Dabei durchdringt der Einpresskontakt 74 das Pin-Loch 69 der Sensorplatine 32 vollständig und dringt in einen Aufnahmeraum 78 des Kunststoffträgers 33 ein. Dabei ist der Aufnahmeraum 78 für die ersten Enden 71 bevorzugt in der Verdickung 68 des Kunststoff-Trägers 33 ausgebildet. Im Schnitt ist gut erkennbar, wie der Kunststoff-Träger 33 des Signalsensors 31 einerseits mittels Befestigungs-Pin 35 am Lagerschild 52 festgenietet ist. Andererseits ist die Sensorplatine 32 mittels den Befestigungsstiften 39 mit dem Kunststoff-Träger 33 verbunden, wobei bevorzugt ebenfalls mittels Heiß-Verstemmen ein axialer Formschluss 80 ausgebildet ist. Der axiale Abstand 30 zwischen dem Signalgeber 21 und dem Signalsensor 31 kann durch das wegüberwachte Einpressen des Rotors 50 in das Wälzlager 54, das im Lagerschild 52 befestigt ist, eingestellt werden. Nach der Montage der Vorbaugruppe 81 im Gehäuse 15 wird auch die Elektronikeinheit 60 axial in das Gehäuse 15 eingesetzt. Dabei werden sowohl die Anschluss-Pins 44 der Anschlussplatte 42 als auch die Kontakt-Pins 73 von dem Signalsensor 31 elektrisch mit der Elektronikeinheit 60 kontaktiert. Dies geschieht beispielsweise über Löt-, Schweiß-, Schneidklemmen- oder Einpress-Verbindungen. Im radial inneren Bereich kann eine schematisch dargestellte Getriebe-oder Pumpeneinheit 100 auf das Abtriebselement 46 gefügt werden, wobei das Abtriebselement 46 axial an der gleichen axialen Seite des Rotors 50 angeordnet ist, wie die Rotorlage-Erfassung 62. Die dargestellte elektrische Maschine 12 ist beispielsweise als elektrisch kommutierter Elektromotor ausgebildet, der besonders für den Einsatz von Verstell-Anwendungen oder Pumpen im Kraftfahrzeug geeignet ist.
Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise die konkrete Ausbildung und Anordnung des Signalgebers 21 und des Signalsensors 31 variiert werden, wobei beide innerhalb des Lagerschilds 52 angeordnet sind. Der Signalgeber 21 kann entweder axial direkt am Rotorpaket 49 befestigt werden oder alternativ unmittelbar an der Rotorwelle 51. Ebenso kann die Rotorlagen-Erfassung 62 mittels einem magnetischen Sensor-Systems oder einem anderen optischen oderkapazitiven oder induktiven Sensorsystem ausgebildet sein. Auch kann die elektrische Kontaktierung des Signalsensors 31 an die Elektronikeinheit 60 angepasst werden. Die Erfindung eignet sich in besonderer Weise für den Drehantrieb von Komponenten oder die Verstellung von Teilen im Kraftfahrzeug, ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005062784 A1 [0002]
DE 102015226054 A1 [0003]

Claims

Elektrische Maschine (12) mit einem Statorgrundkörper (34), der in einem zylindrischen Gehäuse (15) angeordnet ist, und einem Lagerschild (52), in dem mittels eines Wälzlagers (54) ein Rotor (50) gelagert ist, und das Lagerschild (52) ebenfalls im Gehäuse (15) angeordnet ist und den Rotor (50) und den Statorgrundkörper (34) axial abdeckt, und zur Rotorlage-Erfassung am Rotor (50) ein Signalgeber (21) und am Lagerschild (52) ein Signalsensor (31) angeordnet ist, wobei der Signalsensor (31) an der dem Rotor (50) gegenüberliegenden Innenseite (53) des Lagerschilds (52) befestigt ist und axial unmittelbar gegenüber dem Signalgeber (21) angeordnet ist.
Elektrische Maschine (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalsensor (31) auf einer Sensorikplatine (32) angeordnet ist, die das Wälzlager (54) ringförmig umschließt.
Elektrische Maschine (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorikplatine (32) auf einem ringförmigen Kunststoff-Träger (33) angeordnet ist, der insbesondere mit Befestigungs-Pins (35) in korrespondierende axiale Löcher (37) im Lagerschild (52) eingreift.
Elektrische Maschine (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerschild (52) als Tiefziehteil aus Blech ausgebildet ist, und am äußeren Rand (56) eine Zylinderwand (57) aufweist, die radial am Gehäuse (15) anliegt - und insbesondere das Lagerschild (52) einen zentralen Fortsatz (58) zur Aufnahme des Wälzlagers (54) aufweist.
Elektrische Maschine (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (50) eine Rotorwelle (51) aufweist, auf der ein Permanentmagnete (48) aufnehmendes Rotorpaket (49) befestigt ist - und insbesondere das Rotorpaket (49) aus einzelnen ausgestanzten Blechlamellen (36) zusammengesetzt ist.
Elektrische Maschine (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (21) ringförmig ausgebildet ist und die Rotorwelle (51) umfasst, wobei der Signalgeber (21) nicht an der Rotorwelle (51), sondern unmittelbar axial am Rotorpaket (49) befestigt ist.
Elektrische Maschine (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (21) eine Trägerplatte (22) aus Kunststoff aufweist, an dem axiale Befestigungs-Stifte (25) angeformt sind, die in entsprechende axiale Aussparungen (27) im Rotorpaket (49) eingreifen.
Elektrische Maschine (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (22) eine zentrale axiale topfförmige Vertiefung (23) aufweist, in die axial der axiale Fortsatz (58) des Lagerschilds (52) für das Wälzlager (54) eingreift.
Elektrische Maschine (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (22) an ihrer Oberfläche zum Signalsensor (31) hin mehrere in Umfangsrichtung (9) getrennt ausgebildete Kupfersegmente (28) aufweist, die in Axialrichtung (8) mit dem Signalsensor (31) zusammenwirken.
Elektrische Maschine (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorgrundkörper (34) Statorzähne (14) zur Aufnahme einer elektrischen Wicklung (20) aufweist, und auf dem Statorgrundkörper (34) eine Anschlussplatte (42) angeordnet ist, die Leiterelemente (43) aufweist, die die elektrische Wicklung (20) einerseits elektrisch kontaktieren und andererseits Anschluss-Pins (44) zur Verbindung mit einer Elektronikeinheit (60) aufweisen.
Elektrische Maschine (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Anschlussplatte (42) Kontaktelemente (70) angeordnet sind, die mit einem ersten Ende (71) den Signalsensor (31) elektrisch kontaktieren und an einem zweiten Ende (72) Kontakt-Pins (73) zur Verbindung mit der Elektronikeinheit (60) aufweisen.
Elektrische Maschine (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschluss-Pins (44) durch axiale Durchbrüche (45) im Lagerschild (52) und die Kontakt-Pins (73) durch mindestens ein axiales Durchgangsloch (75) im Lagerschild (52) hindurchgeführt sind, um eine Schnittstelle mit der Elektronikeinheit (60) zu bilden.
Elektrische Maschine (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff-Träger (33) mittels Heißverprägen mit dem Lagerschild (52) und /oder mit der Sensorikplatine (32) verbunden ist.
Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: - der Statorgrundkörper (34) wird axial in das Gehäuse (15) eingesetzt, - auf das Rotorpaket (49) wird axial der Signalgeber (21) montiert - auf die Innenseite (53) des Lagerschilds (52) wird axial der Signalsensor (31) montiert - danach wird der Rotor (50) mit dem Rotorpaket (49) in das Wälzlager (54) im Lagerschild (52) eingepresst - danach wird das Lagerschild (52) mit dem Rotor (50) in das Gehäuse (15) eingesetzt, - insbesondere derart, dass die Anschluss-Pins (44) der Anschlussplatte (42) und/oder die Kontaktelemente (70) für den Signalsensor (31) axial durch das Lagerschild (52) hindurch ragen.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass während dem Einpressen der Rotorwelle (51) in das vorab im Lagerschild (52) befestigte Wälzlager (54) der axiale Abstand (30) zwischen dem Signalgeber (21) und dem Signalsensor (31) gemessen wird, und beim Erreichen eines gewünschten Soll-Abstands (31) der Einpressvorgang beendet wird.