WO2017008796A1 - Magnetisches geberpolrad für einen elektromotor - Google Patents

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WO2017008796A1
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electric motor
rotor
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axially
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Ludwig Hager
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Bühler Motor GmbH
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    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
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    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields

Definitions

  • the invention relates to an electric motor (1) with a stator (19) and a rotor (18) which is rotatably mounted in a housing, with a Geberpolrad (2) which is rotatably mounted on the rotor (18).
  • the encoder wheel consists of two axial sections, with a first section is freed to the shaft and a second section by means of a ring-like
  • Auxiliary body is pressed as a reinforcing element. Because of the two
  • the object of the invention is therefore to ensure in an electric motor with Geberpolrad that this is easy to manufacture and assemble, it requires a small axial length and accurate axial assignment and attitude adjustment to a statorfesten sensor is possible.
  • the encoder pole wheel (2) consists of a magnetic ring (7), which is designed for the magnetic properties and from a support (3), which may consist of a simple plastic material, to which no particularly high demands on strength and Heat resistance are provided. Since the carrier (3) has fastening means (4) which extend axially extend in recesses (12) of the rotor (18) and engage in this, an excellent positive rotational drive is given.
  • the carrier (3) comprises a support or a plurality of supports (6) which are supported on a shaft (25) of the rotor (18). This support prevents the Geberpolrad (2) has a tendency to tilt or tilted mountable.
  • the support or the supports (6) has a shape adapted to a cylindrical surface
  • Bearing surface / bearing surfaces (34) has / which directly on the shaft (25) abuts / abut. Since the shaft (25) also has a cylindrical surface is given a large area, rich contact surface or contact surfaces (34), which undergo no change in shape even under vibration stress and lose the advantage described.
  • three or more supports (6) are provided, to which radially a sleeve (29) adjoins or that in a support (6) this is sleeve-shaped. This results in a precise centering of the encoder pole wheel (2) on the shaft (25).
  • Transmitter (2) one or more axial stops (36), the axially projecting from this or projecting.
  • the or the axial stop / axial stops (36) closes / close to the support or the supports (6) axially.
  • the hub (30) serves to bridge a radial distance between the shaft (25) or the supports (6) and / or the sleeve (29) and the magnetic ring (7), wherein as possible no material accumulations should occur, the Deformations would lead after cooling of the injection molding compound. Therefore, the hub (30) is disc-shaped, so that the entire carrier (3) has approximately the same wall thickness in its different areas.
  • a magnetic receiving ring (9) connects radially to the hub (30). It is further provided that the magnet receiving ring (9) at its axial ends in each case by an annular wall (37) is axially expanded, wherein between the magnet receiving ring (9) and the annular walls (37) has a groove (33) is formed. This groove (33) serves as axial securing for the magnetic ring (7). Due to the
  • the magnet ring (7) may be received in the groove (33) or the magnet ring (7) may extend radially beyond the groove (33). Furthermore, the magnetic ring (7) can extend axially outside the groove (33) so far that the axial boundary of the ring walls (37) and the magnet ring (7) lie in one plane. This results in a wider magnetic ring (7), which is more likely the encoder rotor (2) directly opposite. To amplify this effect could be the magnetic ring (7), depending on whether this is the
  • the fastening means (4) are at least partially axially connected to the hub (30). But you can also at least partially axially to the
  • Fastening means (4) and the corresponding recesses (12) of the rotor (18) are dimensioned.
  • a frictional connection is the better, the rougher a joining surface.
  • the spring (42) consists of the material of the carrier (3) and is integral therewith.
  • a second solution of the problem is by a method with the following
  • Achieved method steps a) providing a rotor assembly, consisting of a shaft (25), a pressed rotor laminated core (26) with mounted
  • Permanent magnets (27); b) pre-assembly of a Geberpolrads (2) in recesses (12) of the rotor core (26); c) pressing a deep groove ball bearing (15) on the shaft (25) and setting a defined distance measure between a
  • Encoder pole (2) further into the recesses (12) of the rotor core (26) are pressed.
  • manufacturing tolerances of the individual parts of the electric motor (1) which have an influence on the position of a magnetic sensor, can be compensated in an elegant manner.
  • the permanent magnets (27) and a magnetic ring (7) of the encoder pole wheel (2) are magnetized simultaneously. As a result, an additional process step is saved.
  • stator assembly consisting of a housing pot (10) with a mounted stator (19) and mounted first deep groove ball bearing (8) serving as a fixed bearing is provided and the stator assembly is mounted on the rotor assembly with a sleeve-like tool attached to an inner ring (39 ) of the first deep groove ball bearing (8) brought into abutment and this defined on the shaft (25) is pressed.
  • 1 is an end view of a first embodiment of a Geberpolrads
  • FIG. 1 is a perspective view of the Geberpolrads shown in FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a representation according to FIG. 2 from a different perspective
  • Fig. 9 shows a variant of the second embodiment of the Geberpolrads.
  • FIGS. 1 to 6 show a first one from different perspectives
  • Embodiment of a Geberpolrads 2 consisting of a support 3 and a magnetic ring 7.
  • the carrier 3 consists of an annular disc-shaped hub 30, to which six fastening means 4, a central sleeve 29 and a
  • the magnet receiving ring 9 (see Fig. 2) continues radially through two annular walls 37, which are spaced from each other.
  • the magnet receiving ring 9 and the annular walls 37 together form a radially outwardly open groove 33 (see FIG. 2).
  • the groove 33 is filled by a magnetic ring 7.
  • the magnetic ring 7 continues radially over the annular walls 37 and forms a cylindrical outer contour.
  • the axial boundary of the magnet ring 7 and the axial boundary of the annular walls 37 lie in one plane.
  • the sleeve 29 projects axially relative to the magnetic ring 7 and the ring walls 37. Close to the sleeve 29 radially inward three by 120 ° angular distance from each other
  • Support 6 which serve as a support means. These have radially inner bearing surfaces 34 which are adapted to a cylinder jacket surface. In a mounted
  • the supports 6 each have an axial stop 36 (see FIG. 2); these serve to rest on a second deep groove ball bearing 15 (see FIG. 9).
  • the axial stops 36 project axially relative to the sleeve 29.
  • the fastening means 4 have the form of tapered, slotted sleeves 29, with cavities 31 and one inwardly directed slot 32. The fastening means 4 serve as
  • Anti-rotation device for the Geberpolrad 2 A chamfer 35 (see Fig. 3, 4) at the end of the fastening means 4 and also the taper to the introduction into
  • Recesses 12 of a rotor core 26 facilitate (see Fig. 9).
  • Recesses 12 provide.
  • the slots 32 allow a certain Resiliency of the fastening means 4, so that their diameter can be slightly reduced and adapted to the recesses 12 in the laminated core.
  • the fastening means 4 extend radially from the sleeve 29 via the hub 30 to the magnet receiving ring 9.
  • the carrier 3 is integral with the sleeve 29, the hub 30, the fastening means 4, the supports 6 and the magnet receiving ring 9.
  • the magnetic ring 7 consists of a plastic-bonded permanent magnet 27 (see Fig. 1), z. A rare earth magnet such as NdFeB.
  • the Geberpolrad 2 is produced by means of a two-component injection molding process, wherein first the carrier 3 is urgeformt of a plastically deformable plastic material in a first cavity and then the magnetic ring 7 from the
  • plastic-bonded permanent magnet material is joined in a second cavity with the carrier 3 by prototyping.
  • On the material of the carrier 3 no very high demands are made, because due to the positive connection with the rotor core 26 can be dispensed with a press connection with the shaft 25.
  • the supports 9 prevent tilting of the Geberpolrads 2 may occur.
  • Fig. 1 a cone-like Entformungsschräge 41 is indicated, which facilitates demolding of an injection molding tool.
  • the supports 6 have no Entformungsschrägen 41 in order to provide a defined bearing surface.
  • Fig. 7. Shows in two by 150 ° to each other inclined cutting planes (see line AA in Fig. 1) the Geberpolrad 2 of the first embodiment mounted on a rotor 18, wherein the integral with the carrier 3 fastening means 4 in axially parallel recesses 12 of a rotor core 26 extend and are held therein non-positively.
  • An axial stop 36 lies axially against the inner ring 39 of a
  • Recesses 12 is set. Basically, the number of
  • Fastener 4 freely selectable, but it is recommended to provide at least two, preferably three or more fasteners 4.
  • Fig. 8 shows stylized a second embodiment of a Geberpolrads 2 ', with a carrier 3' and a magnetic ring 7 '.
  • the carrier 3 ' here are two Fastener 4 'in one piece, which extend axially parallel to the carrier 3' away.
  • the fastening means 4 ' are each provided with four tapered ribs 38, which form a cross-shaped arrangement and are separated from one another by notches 40.
  • Bearing 6 are omitted here for the sake of simplicity, but they can be shaped similar to the first embodiment. Instead of discrete supports, an annular support 6 'could also be used.
  • Fig. 9 shows a variant of the second embodiment of the encoder rotor 2 ", in which a spring 42 made of plastic with the carrier 3" is in one piece.
  • the spring 42 consists of two spaced-apart and interconnected by webs 17 rings 13. Further webs 17 connect the first of the rings 13 with the carrier 3 "The arranged between the rings 13 webs 17 are compared with the between the support 3" and the Sensor 43 (see Fig. 1 0) arranged webs 17 angularly offset by 90 °.
  • On the outer ring 13 close axially two projections 23, which are angularly offset by 90 ° relative to the rings 13 connecting webs 17.
  • the projections 23 serve as defined contact surfaces for installation on
  • Rotor sheet package 26 Due to the angular offset of the webs 17 with each other and the projections 23 with respect to the webs 17 a compliance of the spring 42 is made possible by the areas of the rings 13 between the webs 17 in
  • an electric motor 1 which is an electronically commutated DC motor, which comprises a rotor 18 equipped with permanent magnets 27, a stator 19 wound with a winding 24, and a housing.
  • the housing consists of a bearing plate 20 and the housing pot 10.
  • the rotor 18 consists of a smooth shaft 25, a rotor core 26, the permanent magnet 27 and a
  • Geberpolrad 2 which on a support 3 (see Fig. 1 to 6) is held, which is pressed axially via fastening means 4 in recesses 12 of the rotor core 26 lamination.
  • a sensor 43 cooperates, which is arranged on a circuit board 21 radially to the Geberpolrad 2; Alternatively, an axial arrangement would be possible.
  • the printed circuit board 21 is formed as an overmolded guide plate, which comprises a plug 22.
  • a first deep groove ball bearing 8 which is fixed to the spring steel disc 5, a second deep groove ball bearing 15, a cap 1 6, which is fixed in a recess 14, a flanged gear pump 28 and a laminated stator core 1 1 shown.
  • the axial position relative to the rotor 18 can be adjusted within certain limits to the respective actual dimensions.
  • the axial stops 36 (see FIGS. 1 to 6), which can be supported on the inner ring 39 of the second deep groove ball bearing 15. In this way, a precise position assignment to the sensor 43 can be produced.
  • the encoder pole wheel 2 and the rotor 18 each have three north poles and three south poles.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor (1) mit einem Stator (19) und einem Rotor (18), der in einem Gehäuse drehbar gelagert ist, mit einem Geberpolrad (2), welches auf dem Rotor (18) drehfest montiert ist. Aufgabe der Erfindung ist es bei einem Elektromotor (1) mit Geberpolrad (2) dafür zu sorgen, dass dieser einfach herstellbar und montierbar ist, dabei eine geringe axiale Baulänge benötigt und eine genaue axiale Zuordnung und Lageeinstellung zu einem statorfesten Sensor möglich ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Vorrichtungsanspruchs 1 und durch die Merkmale des Verfahrensanspruchs 22 gelöst.

Description

Titel: MAGNETISCHES GEBERPOLRAD FÜR EINEN ELEKTROMOTOR
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor (1 ) mit einem Stator (19) und einem Rotor (18), der in einem Gehäuse drehbar gelagert ist, mit einem Geberpolrad (2), welches auf dem Rotor (18) drehfest montiert ist.
In der DE 198 23 640 wird ein auf einer Welle montiertes Geberpolrad beschrieben, bei welchem trotz unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten der
metallischen Welle und eines kunststoffgebundenen Permanentmagneten eine Pressverbindung hergestellt werden soll. Das Problem wird dadurch gelöst, dass das Geberpolrad aus zwei axialen Abschnitten besteht, wobei ein erster Abschnitt zur Welle hin freigespart ist und ein zweiter Abschnitt mit Hilfe eines ringartigen
Hilfskörpers als Verstärkungselement aufgepresst wird. Aufgrund der zwei
Axialabschnitte ist ein vergrößerter axialer Bauraum erforderlich. Zudem ist das Geberpolrad trotz der großen Baulänge nur auf einem kurzen Abschnitt einseitig befestigt. Die Anordnung erfordert weiter einen zusätzlichen Fügeprozess für die Montage des Verstärkungsmitteis.
Aufgabe der Erfindung ist es daher bei einem Elektromotor mit Geberpolrad dafür zu sorgen, dass dieser einfach herstellbar und montierbar ist, dabei eine geringe axiale Baulänge benötigt und eine genaue axiale Zuordnung und Lageeinstellung zu einem statorfesten Sensor möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
Vorrichtungsanspruchs 1 und durch die Merkmale des Verfahrensanspruchs 22 gelöst. Es wird vorgeschlagen, dass das Geberpolrad (2) aus einem Magnetring (7) besteht, der für die magnetischen Eigenschaften ausgelegt ist und aus einem Träger (3), der aus einem einfachen Kunststoffmaterial bestehen kann, an das keine besonders hohen Anforderungen bezüglich Festigkeit und Wärmebeständigkeit gestellt werden. Da der Träger (3) Befestigungsmittel (4) aufweist, welche sich axial in Ausnehmungen (12) des Rotors (18) erstrecken und in diese eingreifen, ist eine hervorragende formschlüssige Drehmitnahme gegeben.
Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen dargestellt. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Träger (3) ein Auflager oder mehrere Auflager (6) umfasst, welche sich an einer Welle (25) des Rotors (18) abstützen. Diese Abstützung verhindert, dass das Geberpolrad (2) eine Kippneigung aufweist oder gekippt montierbar ist.
Um diesen Effekt dauerhaft gewährleisten zu können ist vorgesehen, dass das Auflager bzw. die Auflager (6) eine an eine Zylindermantelfläche angepasste
Auflagefläche/Auflageflächen (34) aufweist/aufweisen, welche unmittelbar an der Welle (25) anliegt/anliegen. Da die Welle (25) ebenfalls eine Zylindermantelfläche aufweist ist eine großflächige, satte Anlagefläche bzw. Anlageflächen (34) gegeben, die auch unter Vibrationsbelastung keine Formänderung erfahren und den beschriebenen Vorteil verlieren.
Vorzugsweise sind drei oder mehr Auflager (6) vorgesehen, an welchen sich radial eine Hülse (29) anschließt oder dass bei einem Auflager (6) dieses hülsenförmig ist. Dadurch ergibt sich eine genaue Zentrierung des Geberpolrads (2) auf der Welle (25).
Um einerseits eine einfache Montage ohne Beschädigungsgefahr des Geberpolrads (2) und andererseits eine möglichst spielfreie Verbindung zwischen Geberpolrad (2) und Welle (25) zu erreichen ist vorgesehen, dass das Auflager bzw. die Auflager (6) mit der Welle (25) gemäß einer Übergangspassung dimensioniert ist/sind.
Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das
Geberpolrad (2) ein oder mehrere Axialanschläge (36) auf, der/die axial aus diesem vorspringt bzw. vorspringen. Der bzw. die Axialanschlag/ Axialanschläge (36) schließt/schließen an das Auflager bzw. die Auflager (6) axial an. Dadurch kann bei der Montage die endgültige Lage des Geberpolrads (2) durch axiale
Druckbeaufschlagung definiert eingestellt werden. Radial an die Hülse (29) oder an das hülsenförmige Auflager (6) schließt sich eine ringscheibenförmige Nabe (30) an. Die Nabe (30) dient dazu, einen radialen Abstand zwischen der Welle (25) bzw. den Auflagern (6) und/oder der Hülse (29) und dem Magnetring (7) zu überbrücken, wobei möglichst keine Materialanhäufungen auftreten sollen, die zu Verformungen nach dem Erkalten der Spritzgussmasse führen würden. Deshalb ist die Nabe (30) scheibenförmig, so dass der gesamte Träger (3) etwa die gleiche Wandungsstärke in dessen unterschiedlichen Bereichen aufweist.
Zweckmäßigerweise schließt sich radial an die Nabe (30) ein Magnetaufnahmering (9) an. Weiter ist vorgesehen, dass der Magnetaufnahmering (9) an seinen axialen Enden jeweils durch eine Ringwand (37) axial erweitert ist, wobei zwischen dem Magnetaufnahmering (9) und den Ringwänden (37) eine Nut (33) ausgebildet ist. Diese Nut (33) dient als Axialsicherung für den Magnetring (7). Aufgrund der
Ringförmigkeit des Magnetrings (7) ist dieser zudem radial sicher gehalten.
Je nach Ausführung kann zumindest ein Teil des Magnetrings (7) in der Nut (33) aufgenommen sein oder der Magnetring (7) kann sich radial über die Nut (33) hinaus erstrecken. Weiter kann der Magnetring (7) sich außerhalb der Nut (33) axial soweit erstrecken, dass die axiale Begrenzung der Ringwände (37) und des Magnetrings (7) in einer Ebene liegen. Dadurch ergibt sich ein breiterer Magnetring (7), der mit größerer Wahrscheinlichkeit dem Geberpolrad (2) direkt gegenüber steht. Um diesen Effekt noch zu verstärken könnte der Magnetring (7), je nachdem, ob dies die
Umgebungsgeometrie erlaubt, auch noch weiter über die Ringwände (37)
überstehen.
Die Befestigungsmittel (4) schließen sich zumindest teilweise axial an die Nabe (30) an. Sie können sich aber auch zumindest teilweise axial an den
Magnetaufnahmering (9) anschließen, je nachdem, wie die Durchmesser der
Befestigungsmittel (4) und die entsprechenden Ausnehmungen (12) des Rotors (18) dimensioniert sind.
Besonders vorteilhaft ist die weitere Ausgestaltung der Befestigungsmittel (4) dahingehend, dass diese sich zu einem von dem Geberpolrad (2) entfernten
Bereichen hin verjüngen. Dies erleichtert einerseits den Fügevorgang in den Ausnehmungen (12) und andererseits erhöht sich die Einpresskraft in Abhängigkeit von der Einpresstiefe. Da die Verjüngung jedoch relativ gering ist, lässt sich die axiale Lage des Geberpolrads (2) ohne Probleme über einen größeren axialen Bereich einstellen.
Dieser Effekt wird weiter verbessert, indem die Befestigungsmittel (4) entlang ihrer axialen Erstreckung Freisparungen (14) aufweisen, welche z. B. in Form von Kerben (40), Schlitzen (32) und/oder Hohlräumen (31 ) ausgebildet sein können, denn hierdurch wird eine gewisse Nachgiebigkeit erreicht.
Eine kraftschlüssige Verbindung ist umso besser, je rauer eine Fügefläche ist.
Deshalb ist es sinnvoll, dass die Befestigungsmittel (4) in Ausnehmungen (12) eines Rotorblechpakets (26) axial kraftschlüssig in Drehrichtung formschlüssig
aufgenommen sind.
Um sicher zu stellen, dass das Geberpolrad (2) in seiner axialen Lage bleibt, ist vorgesehen, zwischen dem Rotorblechpaket (26) und dem Geberpolrad (2) eine Feder (42) anzuordnen, welche das Geberpolrad (2) axial an das zweite
Rillenkugellager (15) andrückt. Damit hierdurch nicht die Teilezahl und der
Montageaufwand erhöht wird ist es sinnvoll, dass die Feder (42) aus dem Material des Trägers (3) besteht und mit diesem einstückig ist.
Eine zweite Lösung der Aufgabe ist durch ein Verfahren mit folgenden
Verfahrensschritten erreicht: a) Bereitstellung einer Rotorbaugruppe, bestehend aus einer Welle (25), einem aufgepressten Rotorblechpaket (26) mit montierten
Permanentmagneten (27); b) Vormontage eines Geberpolrads (2) in Ausnehmungen (12) des Rotorblechpaketes (26); c) Aufpressen eines Rillenkugellagers (15) auf die Welle (25) und Einstellen eines definierten Abstandsmaßes zwischen einem
Wellenende und einem Innenring (39) des Rillenkugellager (15), wobei das
Geberpolrad (2) weiter in die Ausnehmungen (12) des Rotorblechpaketes (26) eingepresst werden. Durch diese Maßnahmen können Fertigungstoleranzen der Einzelteile des Elektromotors (1 ), welche Einfluss auf die Lage eines Magnetsensors haben, auf elegante Weise kompensiert werden. Zur weiteren Montage ist vorgesehen, die Permanentmagnete (27) und einen Magnetring (7) des Geberpolrads (2) gleichzeitig zu magnetisiert. Hierdurch wird ein zusätzlicher Verfahrensschritt eingespart.
Schließlich wird eine Statorbaugruppe, bestehend aus einem Gehäusetopf (10) mit einem montierten Stator (19) und montiertem ersten Rillenkugellager (8), welches als Festlager dient, bereitgestellt und die Statorbaugruppe auf die Rotorbaugruppe montiert, wobei ein hülsenartiges Werkzeug an einen Innenring (39) des ersten Rillenkugellagers (8) zur Anlage gebracht und dieses definiert auf die Welle (25) aufgepresst wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Stirnansicht einer ersten Ausführungsform eines Geberpolrads,
Fig. 2 eine räumliche geschnittene Darstellung des Geberpolrads gemäß Fig. 1 ,
Fig. 3 eine Darstellung gemäß Fig. 2 aus anderer Perspektive,
Fig. 4 eine Schnittdarstellung der ersten Ausführungsform des Geberpolrads,
Fig. 5 eine weitere Schnittdarstellung des Geberpolrads,
Fig. 6 eine weitere Stirnansicht des Geberpolrads,
Fig. 7 ein an einen Rotor montiertes Geberpolrad,
Fig. 8 eine zweite Ausführungsform eines Geberpolrads,
Fig. 9 eine Variante der zweiten Ausführungsform des Geberpolrads und
Fig. 10 einen Elektromotor mit einem Geberpolrad der ersten Ausführungsform. Hinweis: Bezugszeichen mit Apostroph und entsprechende Bezugszeichen ohne Apostroph bezeichnen namensgleiche Einzelheiten in den Zeichnungen und der Zeichnungsbeschreibung. Es handelt sich dabei um die Verwendung in einer anderen Ausführungsform, dem Stand der Technik und/oder die Einzelheit ist eine Variante. Die Ansprüche, die Beschreibungseinleitung, die Bezugszeichenliste und die Zusammenfassung enthalten der Einfachheit halber nur Bezugszeichen ohne Apostroph.
Die Fig. 1 bis 6 zeigen aus unterschiedlichen Perspektiven eine erste
Ausführungsform eines Geberpolrads 2, bestehend aus einem Träger 3 und einem Magnetring 7. Der Träger 3 besteht aus einer ringscheibenförmigen Nabe 30, an welche sechs Befestigungsmittel 4, eine zentrale Hülse 29 und ein
Magnetaufnahmering 9 anschließen. Der Magnetaufnahmering 9 (siehe Fig. 2) setzt sich radial durch zwei Ringwände 37 fort, welche voneinander beabstandet sind. Der Magnetaufnahmering 9 und die Ringwände 37 bilden miteinander eine nach radial außen offene Nut 33 (siehe Fig. 2). Die Nut 33 wird durch einen Magnetring 7 ausgefüllt. Der Magnetring 7 setzt sich radial über die Ringwände 37 fort und bildet eine zylindrische Außenkontur. Die axiale Begrenzung des Magnetrings 7 und die axiale Begrenzung der Ringwände 37 liegen in einer Ebene. Die Hülse 29 springt axial gegenüber dem Magnetring 7 und den Ringwänden 37 vor. An die Hülse 29 schließen radial innen drei um 120° Winkelabstand voneinander angeordnete
Auflager 6 an, die als Abstützmittel dienen. Diese weisen radial innen Auflageflächen 34 auf, die an eine Zylindermantelfläche angepasst sind. In einem montierten
Zustand bilden sie mit einer Welle 25 (siehe Fig. 9) eine Übergangspassung. Axial weisen die Auflager 6 jeweils einen Axialanschlag 36 (siehe Fig. 2) auf; diese dienen zur Anlage an ein zweites Rillenkugellager 15 (siehe Fig. 9). Die Axialanschläge 36 springen gegenüber der Hülse 29 axial vor. Die Befestigungsmittel 4 weisen die Form von sich verjüngenden, geschlitzten Hülsen 29 auf, mit Hohlräumen 31 und je einem nach innen gerichteten Schlitz 32. Die Befestigungsmittel 4 dienen als
Verdrehsicherung für das Geberpolrad 2. Eine Fase 35 (siehe Fig. 3, 4) am Ende der Befestigungsmittel 4 und auch deren Verjüngung sollen die Einführung in
Ausnehmungen 12 eines Rotorblechpakets 26 erleichtern (siehe Fig. 9). Die
Verjüngung soll zudem für eine feste, kraftschlüssige Verbindung in diesen
Ausnehmungen 12 sorgen. Die Schlitze 32 erlauben dabei eine gewisse Nachgiebigkeit der Befestigungsmittel 4, so dass sich deren Durchmesser geringfügig verringern und an die Ausnehmungen 12 im Blechpaket anpassen kann. Die Befestigungsmittel 4 erstrecken sich radial von der Hülse 29 über die Nabe 30 bis zum Magnetaufnahmering 9. Der Träger 3 ist mit der Hülse 29, der Nabe 30, den Befestigungsmitteln 4, den Auflagern 6 und dem Magnetaufnahmering 9 einstückig. Der Magnetring 7 besteht aus einem kunststoffgebundenen Permanentmagneten 27 (siehe Fig. 1 ), z. B. einem Seltenerdmagneten wie NdFeB. Das Geberpolrad 2 wird mit Hilfe eines Zweikomponenten-Spritzgussverfahren hergestellt, wobei zunächst der Träger 3 aus einem plastisch verformbaren Kunststoffmaterial in einer ersten Kavität urgeformt wird und anschließend der Magnetring 7 aus dem
kunststoffgebundenen Permanentmagnetmaterial in einer zweiten Kavität mit dem Träger 3 durch Urformen gefügt wird. An das Material des Trägers 3 werden keine sehr hohen Anforderungen gestellt, weil aufgrund des Formschlusses mit dem Rotorblechpaket 26 auf eine Pressverbindung mit der Welle 25 verzichtet werden kann. Die Auflager 9 verhindern, dass eine Verkippung des Geberpolrads 2 auftreten kann. In Fig. 1 ist eine konusartige Entformungsschräge 41 angedeutet, welche die Entformung aus einem Spritzgusswerkzeug erleichtert. Die Auflager 6 weisen keine Entformungsschrägen 41 auf, um eine definierte Auflagefläche bereitzustellen.
Fig. 7. zeigt in zwei um 150° zueinander geneigten Schnittebenen (siehe Linie A-A in Fig. 1 ) das Geberpolrad 2 der ersten Ausführungsform montiert an einen Rotor 18, wobei sich die mit dem Träger 3 einstückigen Befestigungsmittel 4 in achsparallele Ausnehmungen 12 eines Rotorblechpakets 26 erstrecken und darin kraftschlüssig gehalten sind. Ein Auflager 6 des Geberpolrads 2, das einstückig mit dem Träger 3 ist, liegt auf einer Welle 25 auf. Dadurch wird ein Verkippen des Geberpolrads 2 verhindert. Ein Axialanschlag 36 liegt axial an dem Innenring 39 eines
Rillenkugellagers 15 an. Dadurch ist es möglich, dass beim Fügen des
Rillenkugellagers 15 die Einpresstiefe der Befestigungsmittel 4 in den
Ausnehmungen 12 eingestellt wird. Grundsätzlich ist die Anzahl der
Befestigungsmittel 4 frei wählbar, es empfiehlt sich jedoch zumindest zwei, vorzugsweise drei oder mehr Befestigungsmittel 4 vorzusehen.
Fig. 8 zeigt stilisiert eine zweite Ausführungsform eines Geberpolrads 2', mit einem Träger 3' und einem Magnetring 7'. Mit dem Träger 3' sind hier zwei Befestigungsmittel 4' einstückig, welche sich achsparallel vom Träger 3' weg erstrecken. Die Befestigungsmittel 4' sind mit jeweils vier sich verjüngenden Rippen 38 versehen, die eine kreuzförmige Anordnung bilden und durch Kerben 40 voneinander getrennt sind. Auflager 6 sind hier der Einfachheit halber weggelassen, diese können aber ähnlich geformt sein wie bei der ersten Ausführungsform. Statt diskreter Auflager könnte auch ein ringförmiges Auflager 6' verwendet werden.
Fig. 9 zeigt eine Variante der zweiten Ausführungsform des Geberpolrads 2", bei dem eine Feder 42 aus Kunststoff mit dem Träger 3" einstückig ist. Die Feder 42 besteht aus zwei voneinander beabstandeten und über Stege 17 miteinander verbundene Ringe 13. Weitere Stege 17 verbinden den ersten der Ringe 13 mit dem Träger 3". Die zwischen den Ringen 13 angeordneten Stege 17 sind gegenüber den zwischen dem Träger 3" und dem Sensor 43 (siehe Fig. 1 0) angeordneten Stegen 17 um 90° winkelversetzt. Am äußeren Ring 13 schließen axial zwei Vorsprünge 23 an, die um 90° gegenüber den die Ringen 13 verbindende Stege 17 winkelversetzt sind. Die Vorsprünge 23 dienen als definierte Anlageflächen zur Anlage am
Rotorblechpaket 26. Durch den Winkelversatz der Stege 17 untereinander und der Vorsprünge 23 gegenüber den Stegen 17 wird eine Nachgiebigkeit der Feder 42 ermöglicht, indem die Bereiche der Ringe 13 zwischen den Stegen 17 in
Axialrichtung federelastisch auslenkbar sind. Durch die Feder 42 ist stets
sichergestellt, dass das Geberpolrad 2" am zweiten Rillenkugellager 15 anliegt.
Fig. 10 zeigt eine Zusammenbauzeichnung eines Elektromotors 1 , bei dem es sich um einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor handelt, welcher einen mit Permanentmagneten 27 bestückten Rotor 18, einem mit einer Wicklung 24 bewickelten Stator 19 und ein Gehäuse umfasst. Das Gehäuse besteht aus einem Lagerschild 20 und dem Gehäusetopf 10. Der Rotor 18 besteht aus einer glatten Welle 25, einem Rotorblechpaket 26, den Permanentmagneten 27 und einem
Geberpolrad 2, welches auf einem Träger 3 (siehe Fig. 1 bis 6) gehalten ist, der über Befestigungsmittel 4 in Ausnehmungen 12 des Rotorblechpaketes 26 axial eingepresst ist. Mit dem Geberpolrad 2 wirkt ein Sensor 43 zusammen, welcher auf einer Leiterplatte 21 radial zum Geberpolrad 2 angeordnet ist; alternativ wäre auch eine axiale Anordnung möglich. Die Leiterplatte 21 ist als umspritztes Leitblech ausgebildet, welches einen Stecker 22 umfasst. Weiter ist ein erstes Rillenkugellager 8, das mit der Federstahlscheibe 5 befestigt ist, ein zweites Rillenkugellager 15, eine Abdeckkappe 1 6, welche in einer Freisparung 14 befestigt ist, eine angeflanschte Zahnradpumpe 28 und ein Statorblechpaket 1 1 dargestellt. Bei der Montage des Geberpolrads 2 kann die axiale Lage gegenüber dem Rotor 18 in gewissen Grenzen an die jeweiligen Istmaße angepasst werden. Hierzu dienen die Axialanschläge 36 (siehe Fig. 1 bis 6), die sich am Innenring 39 des zweiten Rillenkugellagers 15 abstützen können. Auf diese Weise lässt sich eine genaue Lagezuordnung zum Sensor 43 herstellen. Das Geberpolrad 2 und der Rotor 18 weisen jeweils drei Nordpole und drei Südpole auf.
Bezugszeichenliste
Elektromotor 30 Nabe
Geberpolrad 31 Hohlraum
Träger 32 Schlitz
Befestigungsmittel 33 Nut
Federstahlscheibe 34 Auflagefläche
Auflager 35 Fase
Magnetring 36 Axialanschlag erstes Rillenkugellager 37 Ringwand
Magnetaufnahmering 38 Rippe
Gehäusetopf 39 Innenring
Statorblechpaket 40 Kerbe
Ausnehmungen 41 Entformungsschräge
Ring 42 Feder
Freisparung 43 Sensor
zweites Rillenkugellager
Abdeckkappe
Steg
Rotor
Stator
Lagerschild
Leiterplatte
Stecker
Vorsprung
Wicklung
Welle
Rotorblechpaket
Permanentmagnet
Zahnradpumpe
Hülse

Claims

Patentansprüche
1 . Elektromotor (1 ) mit einem Stator (19) und einem Rotor (18), der in einem Gehäuse drehbar gelagert ist, mit einem Geberpolrad (2), welches auf dem Rotor (18) drehfest montiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das
Geberpolrad (2) aus einem aus Kunststoffmaterial bestehenden Träger (3) und einem Magnetring (7) besteht und der Träger (3) Befestigungsmittel (4) aufweist, welche axial in Ausnehmungen (12) des Rotors (18) eingreifen.
2. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (3) ein Auflager oder mehrere Auflager (6) umfasst, welche sich an einer Welle (25) des Rotors (18) abstützen.
3. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
Auflager bzw. die Auflager (6) eine an eine Zylindermantelfläche angepasste Auflagefläche/Auflageflächen (34) aufweist/aufweisen, welche unmittelbar an der Welle (25) anliegen.
4. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflager bzw. die Auflager (6) mit der Welle (25) gemäß einer
Übergangspassung dimensioniert ist/sind.
5. Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass drei oder mehr Auflager (6) vorgesehen sind, an welchen sich radial eine Hülse (29) anschließt oder dass bei einem Auflager (6) dieses hülsenförmig ist.
6. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 1 , 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Geberpolrad (2) einen oder mehrere Axialanschläge (36) aufweist, der/die axial aus diesem vorspringt bzw. vorspringen.
7. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die Axialanschlag/Axialanschläge (36) an das Auflager bzw. die Auflager (6) axial anschließt/anschließen.
8. Elektromotor (1 ) nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Geberpolrad (2) über die Axialanschläge (36) an einem Lager, insbesondere dem Innenring (39) eines Rillenkugellagers (15) axial abstützbar sind.
9. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich radial an die Hülse (29) oder an das hülsenförmige Auflager (6) eine ringscheibenförmige Nabe (30) anschließt.
10. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich radial an die Nabe (30) ein Magnetaufnahmering (9) anschließt.
1 1 . Elektromotor (1 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der
Magnetaufnahmering (9) an seinen axialen Enden jeweils durch eine
Ringwand (37) axial erweitert ist, wobei zwischen dem Magnetaufnahmering (9) und den Ringwänden (37) eine Nut (33) ausgebildet ist.
12. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein Teil des Magnetrings (7) in der Nut (33) aufgenommen ist.
13. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der
Magnetring (7) sich radial über die Nut (33) erstreckt.
14. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der
Magnetring (7) sich außerhalb der Nut (33) axial soweit erstreckt, dass die axiale Begrenzung der Ringwände (37) und des Magnetrings (7) in einer Ebene liegen.
15. Elektromotor (1 ) nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (4) sich zumindest teilweise axial an die Nabe (30) anschließen.
16. Elektromotor (1 ) nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (4) sich zumindest teilweise axial an den Magnetaufnahmering (9) anschließen.
17. Elektromotor (1 ) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (4) sich zu einem von dem Geberpolrad (2) entfernten Bereichen hin verjüngen.
18. Elektromotor (1 ) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (4) entlang ihrer axialen Erstreckung Freisparungen (14) aufweisen, welche z. B. in Form von Kerben (40), Schlitzen (32) und/oder Hohlräumen (31 ) ausgebildet sein können.
19. Elektromotor (1 ) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (4) in Ausnehmungen (12) eines Rotorblechpakets (26) axial kraftschlüssig und in Drehrichtung formschlüssig aufgenommen sind.
20. Elektromotor (1 ) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rotorblechpaket (26) und dem Geberpolrad (2) eine Feder (42) angeordnet ist, welche das Geberpolrad (2) axial an das zweite Rillenkugellager (15) andrückt.
21 . Elektromotor (1 ) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die
Feder (42) aus dem Material des Trägers (3) besteht und mit diesem einstückig ist.
22. Verfahren zur Montage eines Geberpolrads (2) auf einen Rotor (18) eines Elektromotors (1 ), welcher ein Gehäuse und einen Stator (19) umfasst, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Bereitstellung einer Rotorbaugruppe, bestehend aus einer Welle (25), einem aufgepressten Rotorblechpaket (26) mit montierten Permanentmagneten (27); b)
Vormontage eines Geberpolrads (2) in Ausnehmungen (12) des
Rotorblechpaketes (26); c) Aufpressen eines Rillenkugellagers (15) auf die Welle (25) und Einstellen eines definierten Abstandsmaßes zwischen einem Wellenende und einem Innenring (39) des Rillenkugellager (15), wobei das Geberpolrad (2) weiter in die Ausnehmungen (12) des Rotorblechpaketes (26) eingepresst wird.
23. Verfahren zur Montage eines Geberpolrads (2) nach Anspruch 22,
gekennzeichnet durch den weiteren Verfahrensschritt: d) Magnetisieren des Rotors (18), wobei die Permanentmagnete (27) und ein Magnetring (7) des Geberpolrads (2) gleichzeitig magnetisiert werden.
24. Verfahren zur Montage eines Geberpolrads (2) nach Anspruch 22 oder 23, gekennzeichnet durch den weiteren Verfahrensschritt: e) Bereitstellen einer Statorbaugruppe, bestehend aus Gehäusetopf (10) mit montiertem Stator (19) und montiertem ersten Rillenkugellager (8), welches als Festlager dient; f)
Aufpressen der Statorbaugruppe auf die Rotorbaugruppe, wobei durch ein Werkzeug ein Innenring (39) des ersten Rillenkugellagers (8) definiert auf die Welle (25) aufgepresst wird.
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