DE10236700B4

DE10236700B4 - Vorrichtung zur Halterung und Fixierung einer Sensorvorrichtung in einem Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE10236700B4
Application number: DE10236700A
Authority: DE
Inventors: Ullrich Kreiensen; Helmut Ganter
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2022-08-10
Also published as: DE10236700A1

Abstract

Vorrichtung zur Halterung und Positionierung einer Sensorvorrichtung (46) relativ zu einem Signalgeber in einem Gleichstrommotor, wobei der Gleichstrommotor eine Rotorbaugruppe (18), eine Statorbaugruppe (12), die Sensorvorrichtung (46) und einen Flansch (10) oder eine Grundplatte zur Montage des Gleichstrommotors aufweist, gekennzeichnet durch
a) eine Trägerplatte (70) aus Blech, auf der die Sensorvorrichtung (46) montiert ist und die als ein Rückschluß für die Sensorvorrichtung dient, und
b) eine Aufnahmeeinrichtung (76, 76') zur Aufnahme der Trägerplatte (70),
c) wobei die Aufnahmeeinrichtung (76,76') eine Nut oder Tasche umfaßt, die an dem Flansch (10) oder der Grundplatte ausgebildet ist und die eine feste räumliche Zuordnung zu dem Signalgeber hat,
d) die Sensorvorrichtung (46) mit einem Flachbandkabel (50) verbunden ist, das an der Trägerplatte (70) befestigt ist, und
e) die Trägerplatte (70) mit der Sensorvorrichtung (46) und dem Flachbandkabel (50) darauf in die Nut oder Tasche eingepreßt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Halterung und Fixierung einer Sensorvorrichtung in einem Gleichstrommotor gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der elektronisch kommutierten, bürstenlosen Gleichstrommotoren, die als Innenläufermotoren oder Außenläufermotoren konfiguriert sein können. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Innenläufermotor mit einer Welle, einer Rotorbaugruppe, die einen oder mehrere auf der Welle angeordnete Permanentmagneten aufweist, und mit einer Statorbaugruppe, die einen z.B. aus Blechen aufgebauten Statorkörper und Phasenwicklungen umfaßt. Zwei Lager sind mit axialem Abstand an der Welle, auf der selben Seite des/der Rotormagneten angeordnet, um die Rotorbaugruppe relativ zu der Statorbaugruppe einseitig zu lagern. Diese Motorbauweise, bei der die Lagerung der Welle ausschließlich auf einer Seite der Rotorbaugruppe erfolgt, wird auch als Cantilever-Design bezeichnet. Der erfindungsgemäße Motor umfaßt ferner eine Sensorvorrichtung zur Erfassung einer Größe, die bezogen ist auf Drehlage, Drehzahl und/oder Drehmoment der Rotorbaugruppe relativ zur Statorbaugruppe. Die Sensorvorrichtung umfaßt beispielsweise einen Positionssensor.
Der erfindungsgemäße Gleichstrommotor ist für Anwendungen im Automobilbereich bestimmt, z.B. zur Unterstützung der Lenkung oder zum Antreiben einer Kühlwasserpumpe eines Kraftfahrzeuges. Solche Motoren kommen häufig im Verbrennungsmotorraum zum Einsatz, wo sie hohen Umgebungstemperaturen, Verschmutzung, Spritzwasser und dergleichen sowie starken Vibrationen ausgesetzt sind. Die Motoren müssen daher gegen diese äußeren Einflüsse geschützt und möglichst robust aufgebaut sein.
Einseitig gelagerte Motoren sind häufig so aufgebaut, daß die Welle in einem Motorflansch gelagert ist. Das freie Ende der Welle und somit des Rotors ist einer stirnseitigen Abdeckung des Motors zugewandt, bei der sich Anschlüsse für Stromversorgung und Signalleitungen befinden. Elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren weisen in der Regel einen Sensor zur Erfassung der Drehlage des Rotors relativ zum Stator auf, um daraus das Kommutierungssignal abzuleiten. Bei einseitig gelagerten Motoren ist dieser Sensor im Stand der Technik üblicherweise bei dem freien Rotorende des Motors angebracht, da dieses frei zugänglich ist, nahe bei den externen Anschlüssen liegt und daher eine einfache Montage erlaubt.
Bei einseitig gelagerten Motoren tritt jedoch das Problem auf, daß sich Montagetoleranzen an dem freien Ende der Motorwelle summieren können, so daß an diesem freien Ende eine erhebliche Abweichung der Istposition der Welle von ihrer Sollposition in radialer Richtung auftreten kann. Ferner kann das freie Ende der Welle bei seitlichen Belastungen und Vibrationen erheblich ausgelenkt werden. Die Einflüsse, welche sich auf die Position der Welle in radialer Richtung auswirken sind unter anderem das radiale Spiel der Lager, der Spalt der Lagersitze, eine Spaltveränderung aufgrund von Temperaturschwankungen, eine Biegung des Flansches sowie die Biegung der Welle.
Von der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung wird daher in einer parallelen Patenanmeldung vom selben Anmeldetag, mit dem Titel „Gleichstrommotor" vorgeschlagen, die Sensorvorrichtung im Bereich der Welle zwischen den beiden Lagern anzuordnen. Die beiden Lager sind insbesondere in einem Flansch oder einer Grundplatte des Motors montiert, der mit einem Stirnende der Statorbaugruppe verbunden ist. Für den Einbau der Sensorvorrichtung zwischen den beiden Lagern wurde eine Position für das Sensorsystem gefunden, bei der die geringsten Lageabweichungen der Welle in radialer Richtung auftreten.
Dadurch ergibt sich jedoch das Problem, daß die Sensorvorrichtung entfernt von den externen Motoranschlüssen zwischen den beiden Lager eingeschlossen und schlecht zugänglich ist. In einer anderen Patentanmeldung derselben Anmelderin mit demselben Anmeldetag und Titel wird vorgeschlagen, die Sensorvorrichtung und die Anschlußvorrichtung über ein flexibles Flachbandkabel, ein sogenanntes Flex-Kabel, das zwischen dem Außenumfang des Statorkörpers und der Innenseite des Motorgehäuses geführt werden soll, zu verbinden.

DE 43 26 391 A1 offenbart eine Dreherkennungsvorrichtung für einen Kommutatormotor, wobei ein Hall-Sensor und ein Widerstand auf einer Halterplatte angeordnet sind, welche als Einschiebeteil in einer Ausnehmung des Lagerschildes des Motors angeordnet ist.

DE 197 10 015 A1 offenbart einen Motor mit Drehzahlabgriff über einen Hall-Sensor, wobei der Hall-Sensor auf einer Leiterplatte angeordnet ist und die Leiterplatte mit Lötstiften oder Kontaktschuhen ausgeführt ist und in ein Bauteil des Motors integriert ist und Kontakte, Versorgungs- und Signalleitungen für die Leiterplatte in dem Bauteil des Motors eingespritzt und/oder eingesteckt sind.

DE 299 01 967 U1 offenbart einen Elektromotor mit einer Anordnung zur Drehzahlüberwachung, wobei die Anordnung zur Drehzahlüberwachung ein am Lagerschild angeordnetes Geberelement und einen durch das Geberelement schaltbaren Sensor umfaßt, wobei das Geberelement steckbar an einer Innenwand des Lagerschildes angeordnet ist. Gemäß einer Ausführungsform ist der Sensor mit einer zugehörigen Auswerteelektronik auf einer Leiterplatte angeordnet, die in eine Öffnung einer am axialen Ende des Stators befestigten Schaltungsplatte einklipsbar ist.

DE 38 31 551 A1 offenbart eine Leiterplatte mit einem metallischen Schichttragkörper, auf dem eine flächige Isolationsschicht und auf dieser eine Schicht mit einzelnen metallischen Leiterbahnen zum Anschluß elektrischer Bauelemente vorgesehen ist. In die Leiterplatte ist mindestens eine Vertiefung zur Aufnahme eines Bauteils eingeprägt.

DE 197 20 106 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Aufnahme von elektrischen Bauteilen, wobei wenigstens ein Bauteil auf einem zumindest teilweise beweglichen oder flexiblen Träger angebracht ist, wobei es sich dabei um einen teilweise beweglichen oder flexiblen Träger aus dünnem biegsamen Polymer oder aus einem anderen biegsamen Material handelt oder aus einem starren Material mit Flying Leeds oder einer Starr-Flex-Starrverbindung.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Halterung und Fixierung der Sensorvorrichtung in dem Gleichstrommotor der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die den Sensor zuverlässig relativ zu einem Signalgeber positioniert.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.

Es wird eine Vorrichtung zur Halterung und Positionierung der Sensorvorrichtung relativ zu einem Signalgeber vorgeschlagen, welche die Sensorvorrichtung spielfrei und in einer definierten und reproduzierbaren Position im Motor positioniert und fixiert. Dies ist notwendig, um ein zuverlässiges Meßergebnis der Sensorvorrichtung, beispielsweise in bezug auf die Lage des Rotors relativ zum Stator, zu erhalten. Für den Anschluß und die Positionierung der Sensorvorrichtung ist vorgesehen, daß diese auf einem Flachbandkabel angeordnet wird. Das Flachbandkabel mit der Sensorvorrichtung darauf oder die Sensorvorrichtung selbst wird auf einer Trägerplatte montiert, die in eine Tasche oder Nut eingeführt werden kann, welche eine feste räumliche Zuordnung zu dem Signalgeber hat. Die Tasche oder Nut ist an dem Flansch oder der Grundplatte ausgebildet.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Trägerplatte wenigstens eine Quetschsicke, vorzugsweise zwei Quetschsicken an zwei gegenüberliegenden Rändern der Trägerplatte auf, um die Trägerplatte in die Tasche oder Nut einzupressen. Die Trägerplatte kann Zapfen zur Befestigung der Sensorvorrichtung aufweisen. Vorteilhaft ist ein Zugentlastungsscheibe vorgesehen, die mit der Trägerplatte verbunden ist, um die Verbindung der Trägerplatte mit dem Flachbandkabel zu entlasten. In einer zweckmäßigen Ausführungsform ist die Trägerplatte als ein Stanz-Biegeteil aus einem Blech, insbesondere einem Stahlblech hergestellt. Die Trägerplatte hat den überraschenden Vorteil, daß sie neben ihrer Haltefunktion auch als ein Rückschluß für die Sensorvorrichtung dienen kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine induktive Sensorvorrichtung vorgesehen, die eine Erregerspule und eine Meßspule umfaßt, welche in einer definierten und reproduzierbaren Lage im Motor positioniert sind, um bei Drehung der Welle ein Signal zu erzeugen, das bezogen ist auf die Drehlage, Drehzahl und/oder Drehmoment der Rotorbaugruppe. Zu diesem Zweck sind bei einer Ausführungsform der Erfindung auf der Welle zwei um den Umfang der Welle umlaufende Zahnspuren aufgebracht, z.B. aufgeprägt, die nach dem Nonius-Prinzip ausgebildet sind. Die Erregerspule und die Meßspule sind relativ zu der Welle derart angeordnet, daß sie in Verbindung mit diesen Zahnspuren ein hoch auflösendes Ausgangssignal erzeugen können, das ein Maß für die Drehlage und Drehzahl der Motorwelle ist. Insbesondere erzeugt die Sensorvorrichtung ein Positionssignal mit hoher Auflösung, ein Positionssignal mit niedriger Auflösung und ein Drehzahlsignal, welche zur Erzeugung hoch genauer Kommutierungssignale dienen.

Die Erfindung sieht auch einen Gleichstrommotor der eingangs beschriebenen An vor, bei dem die Tasche oder Nut an dem Flansch oder der Grundplatte ausgebildet ist und die Trägerplatte in die Tasche oder Nut eingepreßt ist.

Die Erfindung ist im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung durch einen Gleichstrommotor gemäß der Erfindung;
2 eine schematische Schnittdarstellung der Anordnung aus Flansch und Rotorbaugruppe zur Veranschaulichung wesentlicher Merkmale des Gleichstrommotors gemäß der Erfindung;
3 eine perspektivische Darstellung des Statorkörpers;
4 eine ähnliche Ansicht wie 3, wobei zusätzlich ein Teil des den Statorkörper umgebenden Gehäuses gezeigt ist;
5 eine perspektivische Darstellung einer Trägerplatte zur Positionierung und Fixierung der Sensorvorrichtung;
6 eine perspektivische vergrößerte Ansicht eines Teils des Flansches mit der Trägerplatte und der Sensorvorrichtung, wobei zur Verdeutlichung Teile des Flansches weggebrochen sind;
7 eine ähnliche Ansicht wie 6 aus einem anderen Blickwinkel;
8 eine perspektivische Draufsicht auf einen Gehäusedeckel des Gleichstrommotors;
9 eine perspektivische Unteransicht des Gehäusedeckels;
10a eine perspektivische Teilansicht eines zylindrischen Motorgehäuses;
10b eine geschnittene Teilansicht des Motorgehäuses der 10a mit eingesetzter Stirnkappe;
10c eine geschnittene vergrößerte Darstellung des Ausschnittes X aus 10b;
11a bis 11c ähnliche Ansichten wie in den 10a bis 10c einer weiteren Ausführungsform von Motorgehäuse und Stirnkappe;
12 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Ausbildung einer axialen Positionierhilfe an einer Welle eines Gleichstrommotors;
13 eine Schnittdarstellung durch einen Teil der Einrichtung der 12;
14 eine schematische perspektivische Darstellung einer Welle, an der Positionierungs-Vorsprünge durch plastische Verformung ausgebildet sind; und
15 eine schematische perspektivische Darstellung einer Welle, auf der ein Kugellager montiert ist.
1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch einen bürstenlosen Gleichstrommotor gemäß der Erfindung. Der in 1 gezeigte Gleichstrommotor umfaßt einen Flansch oder eine Grundplatte 10 zur Befestigung des Motors beispielsweise in einem Kraftfahrzeug. Der Flansch 10 ist drehfest mit einem Stator 12 verbunden, der einen z.B. aus Blechen aufgebauten Statorkörper 14 und Phasenwicklungen 16 umfaßt. Ein Rotor 18 ist drehfest mit einer Welle 20 verbunden und dreht relativ zu dem Flansch 10 und dem Stator 12. Der Rotor 18 umfaßt einen Rotormagneten 22 und einen Eisenrückschluß 24. Der Rotor 18 und die Welle 20 sind über zwei Wälzlager 26, 28 insbesondere Kugellager, in dem Flansch 10 einseitig gelagert.
Ein zylindrisches Motorgehäuse 30 erstreckt sich von dem Flansch 10 zu einem Gehäusedeckel 32 und umgreift den Statorkörper 14. Der Gehäusedeckel 32 weist eine erste Anschlußbuchse 34 für die Stromversorgung des Motors sowie eine zweite Anschlußbuchse 36 für Steuer- und Signalleitungen auf. In der ersten Anschlußbuchse 34 ist ein Anschlußstift 38 angedeutet, der mit einer der Wicklungen 40 verbunden wird. Auf seiner Innenseite weist der Gehäusedeckel 32 einen Relaishalter 42 auf, in dem ein Schaltrelais 44 gehalten ist.
Zwischen den beiden Lagern 26, 28 ist in dem Flansch 10 eine Sensorvorrichtung 46 vorgesehen, die einer Signalgebereinrichtung 48 auf der Welle zugeordnet ist. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Signalgeber 48 durch zwei auf die Welle aufgeprägte Spuren mit Nonius-Strichteilung gebildet, denen ein Positionssensor 46 gegenüberliegt. Die Sensorvorrichtung 46 ist über ein Flachbandkabel 50 mit Anschlüssen (nicht gezeigt) in der zweiten Buchse 36 des Gehäusedeckels 32 verbunden. Das Flachbandkabel 50 ist ein sogenanntes Flex-Kabel mit beispielsweise neun Leitungen. Es ist durch eine schräg verlaufende Bohrung 52 zwischen den beiden Lagern 26, 28 aus dem Flansch herausgeführt und verläuft an der Außenseite des Statorkörpers 14 zwischen dem Statorkörper und der Wand des Motorgehäuses 30. Die Bohrung 52 ist so geführt, daß sichergestellt ist, daß die Lagersitze im Flansch 10 nicht geschwächt werden.
Wie in 1 gezeigt, ist die Motorwelle 20 mit dem Rotor 18 darauf über die beiden Lager 26, 28 einseitig in dem Flansch 10 eingespannt, so daß der Rotor 18 gut zugänglich ist. Dies führt jedoch zu den eingangs beschriebenen Problemen der Auslenkung des freien Endes 54 der Welle 20 aufgrund einer Summierung der Toleranzen des radialen Spiels der Lager und der Lagersitze. Zusätzlich kann eine seitliche Beanspruchung der Welle und des Flansches die radiale Auslenkung noch verstärken. Die radiale Ablenkung der Welle 20 an ihrem freien Ende 54 kann so groß werden, daß eine zuverlässige Erfassung der Drehlage an dieser Stelle nicht mehr gewährleistet ist. Es wird daher vorgeschlagen, die Sensorvorrichtung 46 im Bereich des Flansches 10 zwischen den beiden Lagern 26, 28 unterzubringen, wo die radiale Auslenkung der Welle 20 am geringsten ist. Nicht nur ist die mechanische Lagerung des Sensors zwischen den Lagern 26, 28 am stabilsten, in diesem Bereich sind aus den erläuterten Gründen auch die Temperaturschwankungen am geringsten.
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Anordnung aus dem Flansch 10 und der Rotorbaugruppe 18, die weitgehend einer vergrößerten Teilansicht der 1 entspricht. Der Stator 12 und der Gehäusedeckel 32 sind in dieser Darstellung weggelassen. Gleiche oder entsprechende Teile sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht nochmals beschrieben.
In der Darstellung der 2 ist insbesondere das Lagerspiel der Lager 26, 28 zu erkennen, das zu einer radialen Auslenkung der Welle 20 führen kann.
Ferner ist das Flachbandkabel 50 mit weiteren Einzelheiten dargestellt. Dieses Flachbandkabel 50 verbindet die Sensorvorrichtung 46 mit Anschlüssen in dem Gehäusedeckel 32. Es führt von der Sensorvorrichtung 46 durch die schräge Bohrung 52 zwischen dem Flansch 10 und der Phasenwicklung 16 des Stators (in 2 nicht gezeigt) hindurch und erstreckt sich entlang des Außenumfangs des Stators 12 (in 2 nicht gezeigt).
3 zeigt schematisch eine perspektivische Darstellung eines Statorkörpers, beispielsweise des Statorkörpers 14 aus 1. Der Statorkörper 14 ist aus mehreren übereinander geschichteten, verpreßten Statorblechen aufgebaut, die in 3 nicht im einzelnen dargestellt sind. Alternativ kann der Statorkörper auch aus einem einzelnen Bauteil hergestellt sein.
Im Stand der Technik ist das runde Motorgehäuse 30, siehe auch 4, vollständig von dem Stator mit den Phasenwicklungen ausgefüllt, wobei die Außenseite des Statorkörpers 14 an dem Innendurchmesser des Gehäuses 30 anliegt oder nur einen geringen radialen Abstand zu dieser hat. Zur Führung des Flachbandkabels zwischen der Außenseite des Statorkörpers 14 und dem Innendurchmesser des Gehäuses 30 ist der Statorkörper wie in 3 gezeigt gestaltet. Der Statorkörper 14 ist vorzugsweise aus mehreren übereinander geschichteten Statorblechen aufgebaut und hat grundsätzlich einen zylindrischem Durchmesser 60. Der zylindrische Durchmesser 60 dient der zentrischen Führung des Statorkörpers 14 im zylindrischen Gehäuse 30, wie in 4 gezeigt. Der Außenumfang des Statorkörpers 14 weist ferner Abflachungen 62 und Schweißnuten 64 zur Verbindung mit dem Gehäuse 30 auf. In 3 sind ferner Zapfenverbindungen 66 angedeutet, die ebenfalls der Befestigung des Statorkörpers 14 innerhalb des Motorgehäuses dienen.
Wie in 4 gezeigt, ist zwischen jeder Abflachung 62 und dem Innendurchmesser des Motorgehäuses 30 eine Aussparung oder ein Raum zur Durchführung des Flachbandkabels 50 gebildet. Die Abflachungen 62, Schweißnuten 64 und Zapfenverbindungen 66 sind auf dem Umfang des Statorkörpers 14 gleichmäßig verteilt. Um den magnetischen Fluß so wenig wie möglich zu beeinflussen, sind die Abflachungen vorzugsweise immer gegenüber einem Polpaar des Stators angeordnet, weil hier die Flußdichte minimal ist. In der Praxis wird es durch eine gleichmäßige Verteilung der Abflachungen 62 und Schweißnuten 64 auf dem Umfang des Statorkörpers 14 möglich, eine verdrehte Stanzpaketierung von Statorblechen zu realisieren, indem die Abflachungen 62 und Schweißnuten 64 mit derselben Winkelteilung wie der Verdrehwinkel bei der Paketierung angeordnet werden. Aus einer verdrehten Stanzpaketierung ergeben sich die im Stand der Technik an sich bekannten Vorteile der gleichmäßigen Verteilung der Walzrichtung der Statorbleche und somit eine gleichmäßige Dicke und Flußverteilung im Statorkörper.
Mit der beschriebenen Ausbildung des Statorkörpers 14 wird eine einfach zu realisierende Führung für ein Flachbandkabel zwischen Statorkörper 14 und Gehäuse 30 geschaffen. Die auf dem Umfang des Statorkörpers 14 verteilten mehreren Abflachungen 62 haben neben der Sicherstellung einer gleichmäßigen Flußverteilung den Vorteil, daß beim Einbau des Stators 12 in den Flansch 10 und das Motorgehäuse 30 dessen Winkellage relativ zu der Bohrung 50 im Flansch 10 relativ unkritisch ist, weil das Flachbandkabel 50 bei jeder der Abflachungen 62 am Stator vorbeigeführt werden kann.
Selbstverständlich kann auch eine entsprechende, für die Durchführung des Flachbandkabels 50 geeignete Ausnehmung an der Innenseite des Motorgehäuses 30 vorgesehen werden.
Ein Sensorhalter und seine Fixierung an dem Motorflansch 10 ist in den 5 bis 7 schematisch dargestellt. 5 zeigt eine Trägerplatte 70 zur Befestigung des Sensors der Sensorvorrichtung 46, der auf einem Ende des Flachbandkabels 50 aufgebracht ist. Die Trägerplatte 70 weist Zapfen 72 zur Aufnahme des Sensors auf, die beispielsweise in die Trägerplatte 70 eingepreßt sein können. Ferner umfaßt die Trägerplatte 70 auf ihren beiden Längsseiten Quetschsicken 74 zur Montage und Halterung der Trägerplatte 70 in dem Motorflansch 10, wie unten näher erläutert ist.
6 und 7 zeigen die Trägerplatte 70 mit dem darauf montierten Sensor 46 in ihrer Einbaulage in dem Flansch 10, wobei zur Veranschaulichung Teile des Flansches weggebrochen sind. Wie in den 6 und 7 dargestellt, ist der Sensor 46 auf einem Ende des Flachbandkabels 50 angeordnet und mit diesem beispielsweise verlötet. Das Ende des Flachbandkabels 50 mit dem Sensor 46 darauf ist über die Zapfen 72 auf der Trägerplatte 70 befestigt. Die Trägerplatte 72 wird in eine Tasche oder Führungsnut 76, 76' eingeschoben, die an dem Flansch 10 ausgebildet ist. Dabei ist die Trägerplatte 70 mit ihren Seitenrändern, an denen Quetschsicken 74 ausgebildet sind, in die Tasche 76, 76' fest eingepreßt. Beim Einschieben der Trägerplatte 70 in die Tasche 76, 76' verformen sich die Quetschsicken 74 und stellen somit einen festen Sitz der Trägerplatte 70 in dem Flansch 10 sicher. Das Flachbandkabel 50 wird durch die Bohrung 52 aus dem Flansch 10 herausgeführt.
Die Trägerplatte 70 kann beispielsweise aus einem Stahlblech hergestellt werden, wobei die Zapfen 72 und die Quetschsicken 74 durch Pressen des Bleches gebildet werden. Die Trägerplatte 70 wird vorzugsweise als ein Stanz-Biegeteil hergestellt. Das Flachbandkabel 50 mit dem Sensor 46 darauf wird mit den Zapfen 72 beispielsweise durch Nieten verbunden. Zur Zugentlastung kann es mit einer zusätzlichen Scheibe auf der Trägerplatte 70 gesichert werden.
Mit der beschriebenen Lösung zur Positionierung und Halterung der Sensorvorrichtung 46 wird eine sehr einfache, lagegenaue und spielfreie, dauerhafte Befestigung eines Sensors zur Kommutierung von bürstenlosen Gleichstrommotoren erreicht. Dadurch werden die im Stand der Technik bisher üblichen aufgeschraubten Leiterplatten zur Aufnahme von Sensoren abgelöst.
8 und 9 zeigen eine perspektivische Draufsicht sowie eine perspektivische Unteransicht des Gehäusedeckels 32, welcher das Motorgehäuse 30 dicht abschließt und die notwendigen Anschlüsse für Stromversorgung und Signalleitungen bereitstellt. Der Gehäusedeckel ist als eine Stirnkappe 32 ausgebildet und weist einen Stecker/Buchsenabschnitt 80 für die Stromversorgungsleitungen sowie einen Stecker/Buchsenabschnitt 82 für Signalleitungen auf. Diese sind einteilig mit einem scheibenförmigen Deckel 84 hergestellt. In dem Stecker/Buchsenabschnitt 80 sind drei Anschlußstifte 86 zur Verbindung der Versorgungsleitungen mit den Phasenwicklungen vorgesehen. Der Stecker/Buchsenabschnitt 82 weist seinerseits eine Reihe Anschlußpins 88, bei der gezeigten Ausführungsform 16 Anschlußpins, für Signalleitungen auf. Während 8 die Außen- oder Oberseite des Gehäusedeckels 32 zeigt, die im montierten Zustand außerhalb des Motors liegt, ist in 9 die Innen- oder Unterseite des Geshäusedeckels 32 gezeigt, wobei die gleichen Komponenten mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind.
An der Innenseite des Gehäusedeckels 32 sind die Anschlußstifte 86 für die Phasenwicklungen zu sehen sowie Bohrungen 90 zur Aufnahme von Signalleitungen, welche den Anschlußpins 88 des Stecker/Buchsenabschnitts 82 entsprechen. An der Innenseite des Gehäusedeckels 32 ist ferner eine Halterung 92 für ein elektromechanisches Bauteil, insbesondere ein Leistungs-Schaltbauteil, wie ein Relais, vorgesehen. Diese Halterung 92 ist ebenfalls einstückig mit dem scheibenförmigen Deckel 84 und den Stecker/Buchsenabschnitten 80, 82 des Gehäusedeckels 32 ausgebildet. In 3 ist ferner ein aufgepreßter Massekontakt 94, der als ein Stanz-Biegeteil ausgebildet ist, dargestellt.
Um den Aufwand für Abdichtungen zwischen dem Elektromotor und dem Gehäusedeckel des Elektromotors sowie im Bereich der Anschlüsse zu minimieren, wird ein Gehäusedeckel vorgeschlagen, in dem sämtliche elektrische Verbindungen, für Phasenwicklungen und Signalleitungen, über Steckverbindungen hergestellt werden und die zugehörigen Stecker/Buchsenabschnitte 80, 82 integral mit dem Gehäusedeckel ausgebildet sind. Dadurch kann die Abdichtung auf eine Dichtung am Umfang des Gehäusedeckels reduziert werden und somit die Zuverlässigkeit der Abdichtung verbessert werden. Integral mit dem Gehäusedeckel ausgebildet ist ferner die Halterung 92 für ein Leistungs-Schaltbauteil, insbesondere ein Relais 96. Dadurch wird der Aufwand für die Montage weiter reduziert. Zusätzlich können in den Gehäusedeckel weitere Funktionen, wie die Halterung und Fixierung weiterer Motorkomponenten, integriert werden.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Gehäusedeckel als Stirnkappe 32 ausgeführt, die vorzugsweise durch Spritzgießen als ein integrales Bauteil hergestellt wird.
10a bis 10c und 11a bis 11c zeigen schematisch eine erste und eine zweite Ausführungsform zur Verbindung des Gehäusedeckels 32 mit dem Motorgehäuse 30, wobei 10c eine vergrößerte Teilansicht der 10b und 11c eine vergrößerte Teilansicht der 11b, jeweils im Bereich des mit X gekennzeichneten Kreises, ist.
Zur Abdichtung und gleichzeitiger Verklebung von Motorgehäuse 30 und Gehäusedeckel 32 wird zwischen einer Fläche 100 des Motorgehäuses und einer daran angrenzenden Fläche 102 des Gehäusedeckels ein Hohlraum 104 gebildet. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Hohlraum 104 durch eine ringförmige Vertiefung oder Nut am Außenumfang des Gehäusedeckels 32 gebildet, der in das Motorgehäuse 30 eingesetzt ist. Eine ähnliche ringförmige Vertiefung könnte alternativ oder zusätzlich am Innenumfang des Gehäuses 30 gebildet sein. In der Gehäusewand ist wenigstens eine Öffnung 106 eingebracht, die beispielsweise als Senkbohrung ausgeführt ist. Zur Verbindung und Abdichtung der beiden Teile 30, 32 wird über die Öffnung 106 ein Kunststoff mit Dicht- und Klebefunktion in den ringförmigen Hohlraum 104 eingespritzt. Der Hohlraum 104 bildet einen Kanal, und das im flüssigen Zustand eingespritzte Material fließt entlang dieses ringförmigen Kanals bis dieser vollständig ausgefüllt ist. Als Material können beispielsweise thermoplastische Elastomere oder Zweikomponentenkleber auf PU-Basis verwendet werden. Nach Verfestigung des Werkstoffs ist die Verbindung von Gehäuse 30 und Gehäusedeckel 32 entlang der Verbindungsstelle mechanisch belastbar und gleichzeitig abgedichtet.
Die beste Verbindung wird an aneinander angrenzenden Flächen erreicht, auf die eine Scherbelastung wirkt. Das beschriebene Verfahren läßt sich jedoch auch auf Dichtflächen in verschiedenen Ebenen sowie zur Verbindung von mehr als zwei Gehäuseteilen anwenden. Über einen Angußpunkt und einen geeigneten weiteren Kanal kann hierzu die Verbindungs- und Dichtmasse zu weiteren Dichtungsflächen geleitet werden (in den Figuren nicht gezeigt).
Bei der Wahl des Werkstoffs zur Herstellung der Verbindung und Abdichtung der beiden Bauteile muß beachtet werden, daß diese aus unterschiedlichem Material, wie Metall oder Kunststoff, bestehen können und der Werkstoff mit sämtlichen Materialien eine dichte Verbindung eingehen muß. In der Praxis sollte ferner zusätzlich zu der Einspritzöffnung 106 wenigstens eine Entlüftungsöffnung für das Dichtungsmaterial vorgesehen werden.
Die beschriebene Einrichtung zum Verbinden und Abdichten von zwei Bauteilen kann überall dort zum Einsatz kommen, wo eine mechanische Verbindung von zwei Flächen unter gleichzeitiger Abdichtung notwendig ist. Insbesondere wird sie angewendet auf den beschriebenen Elektromotor zur Verbindung des Gehäusedeckels mit dem Motorgehäuse oder des Motorgehäuses mit dem Flansch. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Motors in einem Kraftfahrzeug, z.B. als Hilfsmotor für die Lenkung oder zum Antreiben der Kühlwasserpumpe, ist dadurch sichergestellt, daß der Motor gegen Umwelteinflüsse, wie Spritzwasser und andere Verschmutzungen, geschützt ist.
12 und 13 zeigen schematisch in perspektivischer bzw. geschnittener Ansicht eine Einrichtung zur Herstellung einer axialen Sicherung an einer Welle und 14 zeigt die bearbeitete Welle.
12 zeigt schematisch eine Welle 20 mit einem Rotor 18, der auf der Welle montiert ist. In der Welle 20 ist eine ringförmige Nut 110 ausgebildet, wie auch in 14 dargestellt. Ein Halterungs- und Führungsblock 112 dient zum Halten der Welle 20 und Führen eines Verformungswerkzeuges 114, z.B. ein Stempel. Mit dem Verformungswerkzeug 114, das in der gezeigten Pfeilrichtung bewegt wird, wird entlang einer Kante der Nut 110 Material aus der Welle durch räumlich begrenzte plastische Verformung zu einem formschlüssigen Anschlag 116 (siehe 14) aufgeworfen.
Dieser formschlüssige Anschlag 116 dient als ein axialer Anschlag zum Montieren von Bauteilen auf der Welle. Der Anschlag wird mit minimalem Materialeinsatz und Aufwand für zusätzliche Teile realisiert. Dies stellt eine erhebliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar. Aus dem Stand der Technik sind mehrere Arten der formschlüssigen Definition axialer Lagerpositionen bekannt. Beispielsweise kann an einem Drehteil ein Absatz hergestellt werden, der eine axiale Verschiebung verhindert. Es ist auch bekannt, einen Sicherungsring in eine Nut einzurasten. Die bekannten Methoden erfordern jedoch üblicherweise wenigstens die Verwendung mehrerer Bauteile oder ein Ausgangsmaterial für die Welle, das einen größeren Durchmesser als der Enddurchmesser der Welle hat. Mit der beschriebenen Methode werden an der Welle formschlüssige Anschläge für ein auf der Welle zu montierendes Bauteil gebildet, ohne zusätzliche Bauteile oder eine Welle mit einem größeren Ausgangsdurchmesser zu benötigen. Das Verfahren hat ferner den Vorteil, daß die Anschläge auch dann ausgebildet werden können, wenn auf der Welle bereits in einem früheren Arbeitsgang montierte Komponenten vorhanden sind. Bei diesen Komponenten kann es sich sogar um empfindliche Bauteile, wie Kugellager oder Magnetringe, handeln.
15 zeigt schematisch die Welle 20 mit dem Rotor 18 und den an der Welle ausgebildeten Anschlägen 116, die zur axialen Positionierung eines Kugellagers 118 dienen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

10: Grundplatte, Flansch
12: Stator
14: Statorkörper
16: Phasenwicklungen
18: Rotor
20: Welle
22: Rotormagnet
24: Eisenrückschluß
26, 28: Wälzlager
30: Motorgehäuse
32: Gehäusedeckel, Stirnkappe
34, 36: Anschlußbuchse
38: Anschlußstift
40: Wicklungen
42: Relaishalter
44: Schaltrelais
46: Sensorvorrichtung
48: Signalgeber
50: Flachbandkanal
52: Bohrung
60: Durchmesser
62: Abflachungen
64: Schweißnuten
66: Zapfenverbindungen
70: Trägerplatte
72: Zapfen
74: Quetschsicken
76, 76': Tasche, Nuten
80, 82: Stecker/Buchsenabschnitt
84: Deckel
86: Anschlußstift
88: Anschlußpin
90: Bohrungen
92: Halterung
94: Massekontakt
100, 102: Fläche
104: Hohlraum
106: Öffnung
110: Nut
112: Halterungs- und Führungsblock
114: Verformungswerkzeug, Stempel
116: Anschlag
118: Kugellager

Claims

Vorrichtung zur Halterung und Positionierung einer Sensorvorrichtung (46) relativ zu einem Signalgeber in einem Gleichstrommotor, wobei der Gleichstrommotor eine Rotorbaugruppe (18), eine Statorbaugruppe (12), die Sensorvorrichtung (46) und einen Flansch (10) oder eine Grundplatte zur Montage des Gleichstrommotors aufweist, gekennzeichnet durch a) eine Trägerplatte (70) aus Blech, auf der die Sensorvorrichtung (46) montiert ist und die als ein Rückschluß für die Sensorvorrichtung dient, und b) eine Aufnahmeeinrichtung (76, 76') zur Aufnahme der Trägerplatte (70), c) wobei die Aufnahmeeinrichtung (76,76') eine Nut oder Tasche umfaßt, die an dem Flansch (10) oder der Grundplatte ausgebildet ist und die eine feste räumliche Zuordnung zu dem Signalgeber hat, d) die Sensorvorrichtung (46) mit einem Flachbandkabel (50) verbunden ist, das an der Trägerplatte (70) befestigt ist, und e) die Trägerplatte (70) mit der Sensorvorrichtung (46) und dem Flachbandkabel (50) darauf in die Nut oder Tasche eingepreßt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (70) wenigstens eine Quetschsicke (74) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (70) zwei Quetschsicken (74) an zwei gegenüberliegenden Rändern der Trägerplatte (70) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (70) Zapfen (72) zur Befestigung der Sensorvorrichtung (46) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine oder mehrere Zugentlastungsscheiben, die mit der Trägerplatte (70) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (70) ein Stanz-Biegeteil ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (70) aus einem Stahlblech hergestellt ist.
Gleichstrommotor mit einer Welle (20), einer Rotorbaugruppe (18), die wenigstens einen Permanentmagneten (22) aufweist, der zentrisch auf die Welle (20) aufgebracht ist, einer Statorbaugruppe (12), die einen Statorkörper (14) und Phasenwicklungen (16) umfaßt, einem Flansch (10) oder einer Grundplatte an einem Stirnende der Statorbaugruppe (12) zur Montage des Gleichstrommotors, einer Sensorvorrichtung (46) zur Erfassung einer Größe, die bezogen ist auf Drehlage, Drehzahl und/oder Drehmoment der Rotorbaugruppe (18) relativ zur Statorbaugruppe (12), einem der Rotorbaugruppe (18) zugeordneten Signalgeber (48), der mit der Sensorvorrichtung (46) zusammenwirkt, und mit einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche
Gleichstrommotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (20) und die Rotorbaugruppe (18) über zwei Lager (26, 28) einseitig in dem Flansch (10) oder der Grundplatte gelagert sind und die Sensorvorrichtung (46) zwischen den beiden Lagern (26, 28) angeordnet ist.