DE102007049209B4

DE102007049209B4 - Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE102007049209B4
Application number: DE102007049209.1A
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Briesewitz; Dieter Dinkel
Original assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2007-02-05
Filing date: 2007-10-13
Publication date: 2023-12-14
Anticipated expiration: 2027-10-14
Also published as: JP2010518802A; WO2008095862A1; DE102007049209A1; JP5372777B2

Abstract

Elektrische Maschine (1), umfassend einen Elektromotor, zum Antrieb von einer Pumpe für eine schlupfgeregelte Bremsanlagen, mit einem Stator, enthaltend eine Bürstenhalteplatte (18) aus Kunststoff sowie ein Motorgehäuse (15), umfassend einen zylindrischen Wandbereich zur Aufnahme von Permanentmagneten (34), und mit einem Rotor, enthaltend eine Welle (4) mit je einem Endstück (7,8) für einen Wicklungsträger (10) oder einen Exzenter (5), und mit einer Lagerung zwischen Stator und Rotor, wobei der Wicklungsträger (10) zwischen zwei Lagern (11,19) angeordnet ist, und mit elektrischen Anschlußkomponenten wie insbesondere Kohlebürsten (17) in einer elektrischen Verbindung zwischen dem Rotor und einer elektrischen Energieversorgung, wobei für die Ausbildung von einem Maschinenbaukastensystem enthaltend elektrisch unterschiedlich leistungsfähige Maschinenbaureihen unter Verwendung von überwiegend gleichen Maschinenbauteilen eine einheitlich standardisierte Bürstenhalteplatte (18) vorgesehen ist, und wobei jedes Motorgehäuse (15) eine standardisierte Schnittstelle zur Aufnahme der standardisierten Bürstenhalteplatte (18) aufweist, wobei die Bürstenhalteplatte (18) einen Außenring (23), einen Innenring (22) und eine, die beiden Ringe (23,22) miteinander verbindende, Scheibe (24) aufweist, und wobei der Außenring (23) eine abgestufte Schulter (28) zur axialen Anlage am Motorgehäuse (15) sowie eine radial und axial offene Ausnehmung (30) für ein Dichtelement (31) aufweist, wobei Schulter (28) und Dichtelement (31) in Axialrichtung zueinander fluchtend vorgesehen sind, und wobei die Außenfläche (26) vom Außenring (23) derart profiliert, insbesondere gefast oder ballig, ausgebildet ist, dass zwischen Motorgehäuse (15) und Schulter (28) eine Freisparung (27) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichstrommotor, insbesondere Elektromotor zum Antrieb von Pumpen für schlupfgeregelte Bremsanlagen, im Wesentlichen enthaltend einen feststehenden Teil, insbesondere Stator, enthaltend ein Motorgehäuse umfassend einen zylindrischen Wandbereich zur Aufnahme von Permanentmagneten, und mit einem rotierenden Teil, insbesondere Rotor, enthaltend eine Welle mit je einem Endstück für einen Wicklungsträger, sowie mit einer Lagerung zwischen Stator und Rotor, und mit elektrischen Anschlußkomponenten wie insbesondere Kohlebürsten in einer elektrischen Verbindung zwischen dem Rotor und einem elektrischen Verbraucher oder einer elektrischen Energieversorgung.
Derartige elektrische Maschinen für Kraftfahrzeuge sind generell als Gleichstrommaschine ausgelegt und dienen vorrangig der Energiewandlung in einem Kraftfahrzeug, bevorzugt zur Wandlung von elektrischer Energie in hydraulische Energie zwecks Fahrstabilitätsregelung oder zum Antrieb von hydraulischen Aktuatoren.
Beispielsweise aus der DE 295 03 978 U1 geht ein MotorPumpenaggregat mit einem axial baulängenverkürzten Elektromotor hervor. Ein topffömig gestaltetes Motorgehäuse liegt mit seiner Topfbodenseite nach außen feuchtigkeitsgeschützt gegen das Pumpengehäuse an, ein Rotorwellenende ragt durch eine Mittelöffnung der Topfbodenseite und ist A-seitig über ein im Festsitz aufgestecktes Rotorwellenlager unmittelbar in einer Lageraufnahme des Pumpengehäuses zu diesem zentriert gelagert, und das Rotorwellenende ist über das A-seitig aufgesteckte Rotorwellenlager in Richtung der B-Seite der Rotorwelle gegen die Topfbodenseite des Motorgehäuses axial abgestützt. Der bekannte Elektromotor ermöglicht eine verdichtete Bauweise in Axialrichtung.
Prinzipiell geht die geometrische Bemessung von einem Elektromotor, insbesondere die Bemessung von Baulänge und Durchmesser, als Motorauslegungsgröße ein. Die Größen weisen insbesondere einen Einfluss auf die Bemessung vom Motordrehmoment auf. Zwar stellt die Bemessung und insbesondere die Minimierung von einem Magnetluftspalt eine sehr wirkungsvolle Maßnahme dar, um Motorkenngrößen zu verändern. Jedoch überzeugt die Variation anderer konstruktiv-geometrischer Eigenschaften durch besondere Anspruchslosigkeit und eine kostengünstige einfache Reproduktion innerhalb einer Großserie. Um die geforderten Leistungen zu erbringen, werden beispielsweise durchmesserverschiedene Motoren mit jeweils individuell gefertigten Bürstenhalteplatten produziert. Diese Vorgehensweise ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, dass stets eine unangemessen große Anzahl unterschiedlich dimensionierter Motorbauteile hergestellt und bevorratet werden muss. Dies steigert den erforderlichen logistischen Aufwand in unangemessener Weise.
Das Dokument DE 10 2006 029 052 A1 beschreibt ein Motorensystem, welches Elektromotoren enthalten kann. Das Motorensystem soll für verschiedene Elektromotoren mit verschiedenen Leistungen verwendet werden können.
Das Dokument DE 4224980 A1 beschreibt einen Elektromotor und eine mit axialer Vorspannung gelagerte Welle, um periodisch wechselnde Radialkräfte aufzufangen.
Das Dokument DE 198 09 571 C1 beschreibt einen Motorantrieb mit einer motorgehäuseseitig drehbaren Lagerung einer Rotor-Hohlwelle sowie mit einer motorgehäuseseitigen Fixierung einer feststehenden, innerhalb der Rotor-Hohlwelle verlaufenden Achse.
Das Dokument EP 1 286 447 A2 beschreibt ein weiteres Antriebssystem mit einem Elektromotor und einem Rotor, wobei das Antriebssystem als Pumpenbetätigungsmotor zum Betätigen einer Pumpe verwendet werden kann.
Schließlich beschreibt das Dokument JP 2002-087 244 A ein Motorensystem mit einem Einheitsgehäuse, welches die Entstehung von Schallvibrationen während der Motorerregung verhindern können soll.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine vereinfachte und kostengünstigere Herstellung von Elektromotoren unterschiedlicher Leistungsklassen zu ermöglichen. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist darin zu sehen, einen Gleichstrommotor in verdichteter Bauweise bereitzustellen, der wenigstens gleiche oder erhöhte Leistung ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale vom Patentanspruch 1 gelöst. Diese Lösung besteht im Prinzip darin, einheitlich standardisierte Schnittstellen für standardisierte Bauteile - zumindest eine standardisierte Schnittstelle für eine standardisierte Bürstenhalteplatte oder Welle - vorzusehen, so dass durch Verbau dieser standardisierten Bürstenhalteplatte oder Welle bei den unterschiedlich leistungsfähigen Motorbaureihen Rationalisierungspotential erschlossen werden kann. Vorteilhafte Weiterbildungen mit weiteren Einzelheiten der Erfindung gehen aus Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Beschreibung und der Zeichnung überein. In der Zeichnung zeigt jeweils im Schnitt sowie vergrößert

1 eine elektrische Maschine gemäß einer ersten Bauform enthaltend Standardmagnete mit vergrößerten Einzelheiten X und Y,
2 eine elektrische Maschine gemäß einer zweiten Bauform mit verstärkten Magneten, und
3 eine elektrische Maschine gemäß einer dritten Bauform mit verlängertem Motorgehäuse.

Die Zeichnung verdeutlicht eine, als elektrischer Antrieb ausgebildete, Maschine 1, die insbesondere zum Einsatz in Verbindung mit einem Motorpumpenaggregat ausgebildet ist. Zum Antrieb der Pumpe ist die Maschine 1 an einen nicht weiter verdeutlichten Aufnahmekörper 2 angeflanscht, der nicht weiter verdeutlichte Pumpenbauelemente, elektromagnetisch betätigbare Ventile, Speicher, Dämpfer sowie Kanäle zur hydraulischen Verbindung der genannten Bauelemente aufweist. Generell wird die rotatorische Bewegung eines Rotors 3 der Maschine 1 mit einem, drehfest mit der Welle 4 verbundenen, Exzenter 5 in eine linear-oszillierende Bewegung von Pumpenkolben umgesetzt. Die Welle 4 ist standardisiert und verfügt über ein verdicktes Mittelstück 6 und zwei Endstücke 7,8, die im Vergleich mit dem Mittelstück 6 einen verringerten Durchmesser aufweisen. Das Endstück 7 ist exzentrisch ausgebildet und greift in einen nicht verdeutlichten Kurbelraum ein, um Pumpenkolben anzutreiben.
Die Exzentergeometrie kann leistungsabhängig variiert ausgeführt sein. Das Endstück 8 geht mit einem großzügig abgeschrägten oder abgerundeten Übergang 9 in das Mittelstück 6 über. Das Endstück 8 trägt einen Wicklungsträger 10 mit Wicklungen sowie ein sogenanntes A-Lager, das durch die Abstufung der Welle 4 bauraumneutral als Kugellager ausgebildet ist, und einen Innenring 12 aufweist der unmittelbar auf der Welle 4 aufsitzt, und einen Außenring 13 aufweist, welcher in einem napfförmig ausgestülpten Abschnitt 14 von einem abgestuft topfförmig gezogenen Motorgehäuse 15 aufgenommen ist.
Das Mittelstück 6 trägt weiterhin einen Kommutator 16, der mit elektrischen Wicklungen verbunden ist, und von Kohlebürsten 17 beaufschlagt ist, welche auf einer gesonderten Bürstenhalteplatte 18 bewegbar geführt angeordnet sind. Die Bürstenhalteplatte 18 ist zugleich als Lagerschild für ein sogenanntes B-Lager 19 ausgebildet. Das B-Lager 19 ist als Kugellager ausgebildet, dessen Innenring 20 auf dem Mittelstück 6 von der Welle 4 aufsitzt. Ein Außenring 21 ist wenigstens teilweise von der Bürstenhalteplatte 18 aufgenommen.
Die standardisierte Bürstenhalteplatte 18 ist im Wesentlichen einstückig aus Kunststoffwerkstoff gefertigt und verfügt über einen Innenring 22 und einen Außenring 23, die durch eine kreisringartige flache Scheibe 24 miteinander verbunden sind, so dass die Bürstenhalteplatte 18 ein deckelartiges Verschlußelement bildet, das das Motorinnere 25 im wesentlichen vollständig von der angeflanschten Pumpeneinheit abtrennt. Die Scheibe 25 ist in Axialrichtung mit möglichst geringem Luftspalt am Wicklungsträger 10 platziert. Prinzipiell ähnliches gilt, wenn zwischen Wicklungsträger 10 und Scheibe 24 noch zusätzlich Kohlebürsten 17 anzuordnen sind. Die beiden Ringe 22,23 sind so an die Scheibe 24 angebunden, dass diese im wesentlichen mit deren gesamter Länge rechtwinklig zur radialen Haupterstreckungsrichtung der Scheibe 24 sowie axial in Richtung Pumpeneinheit vorstehen. Eine umlaufende Außenfläche 26 vom Außenring 23 ist nach Art einer Fase konifiziert oder ballig nach außen gerundet ausgebildet, so dass der Teil des Außenrings 23, welcher tief in das gestufte Motorgehäuse 15 eingeschoben ist, einen geringeren Außendurchmesser aufweist als ein weniger tief eingeschobener Teil des Außenrings 23. Zwischen Motorgehäuse 15 und Außenring 23 ist dadurch eine Freisparung 27 gegeben. Die Freisparung 27 ermöglicht es, den Rotor 3 im Rahmen der Montage besonders schnell in das Motorgehäuse 15 abzusenken, weil sie günstigen Einfluss auf die Luftverdrängung aufweist.
Des weiteren verfügt der Außenring 23 der Bürstenhalteplatte 18 über eine, in Richtung Motorinnenraum weisende, umlaufend abgestufte Schulter 28, die in Axialrichtung geeignet ist, auf einer Stufe 29 vom Motorgehäuse 15 aufzusitzen. Durch die umlaufende Auflage zwischen Schulter 28 und Stufe 29 werden nicht nur erhöhte axiale Dichtungsanpresskräfte ermöglicht, sondern gleichzeitig eine zusätzliche labyrinthartige Abdichtung ermöglicht. In Richtung Aufnahmekörper (der Pumpe) ist der Außenring 23 mit einer gestuften, auch nach radial außen offenen, Ausnehmung 30 versehen, welche ein Dichtelement 31 derart aufnimmt, dass dieses eine elastische, dreiseitige Anlage zwischen Motorgehäuse 15, (Pumpen)Aufnahmekörper 2 und Bürstenhalteplatte 18 ermöglicht, wenn das Motorgehäuse 15 auf dem Aufnahmekörper 2 aufsitzt. Schulter 28 und Ausnehmung 30 sind in Axialrichtung zueinander fluchtend derart arrangiert, so dass die notwendigen Anpresskräfte im Wesentlichen unmittelbar direkt in Axialrichtung übertragen werden. Weiterhin sind die Toleranzen und Maße zwischen Ausnehmung 30, Schulter 28, Motorgehäuse 15 und Aufnahmekörper 2 genau so abgestimmt, dass sich die notwendige elastische Anpressung beim Zusammenfügen von Maschine 1 und Aufnahmekörper 2 ergibt. Gleichzeitig ist die Bürstenhalteplatte 18 gewissermaßen mit, in Axialrichtung wirksamen, Federeigenschaften versehen, falls durch die Aufnahme von dem B-Lager 19 irgendwelche Axialkräfte aufgebaut werden.
Der Kommutator 16 ist zumindest teilweise fluchtend zu Innenring 22 und Außenring 23 angeordnet. Axial neben dem Kommutator 16 und vor dem B-Lager 19 ist eine sogenannte Schottwand 32 vorgesehen, die im Wesentlichen mit einem verdickten Notlager 33, das gleichzeitig als Spalt- oder Labyrinthdichtung wirksam sein kann, bis zum Außenumfang der Welle 4 reicht.
Die 1 und 2 verdeutlichen die baukastenartig ausgebildete Gleichteilstrategie mit Bauteilidentität betreffend Welle 4, Lager 11,19, Motorgehäuse 15, Kommutator 16 und Bürstenhalteplatte 18. Zwecks Motorvariation sind lediglich Abmessungen oder Werkstoff von Permanentmagneten 34 sowie der Durchmesser vom Wicklungsträger 10 variiert. Dies lässt sich verhältnismäßig einfach durchführen, weil der Wicklungsträger meist lamellar aus Blechstanzteilen aufgebaut ist. Zur Veränderung der Leistungswerte ist es besonders empfehlenswert, sogenannte Neodym-Magnete mit der Dicke t₂ zu verwenden, die eine verstärkte magnetische Erregung ermöglichen. Zur weiteren Leistungsvariation ist es auch möglich, den Durchmesser im Abschnitt zur Aufnahme der Permanentmagnete 34 abzuändern, wobei jedoch darauf zu achten ist, dass die Schnittstelle zur Aufnahme der standardisierten Bürstenhalteplatte 18 erhalten bleibt.
Die 3 verdeutlicht einen Vertreter von einer Baureihe mit vergrößerter Baulänge I₃, wobei diese Variante - mit Ausnahme der Baulänge I₃ - im Übrigen in Hinblick auf Wesentliche Merkmale, Bauteile und Eigenschaften identisch mit den Ausführungsformen nach 1 übereinstimmt. Dabei kommen Standardmagnete zum Einsatz, welche die Dicke t₃ = t₁ aufweisen.
Zusammenfassend wird es ermöglicht, eine größere Anzahl von Gleichteilen und eine relativ geringfügige Anzahl individueller Teile miteinander im Sinne von einem Baukastensystem zu verbinden. Die Gleichteile werden im Wesentlichen ausschließlich in Abhängigkeit von den mechanischen Haupt- und Anschlussmaßen für alle Varianten einer Motorfamilie identisch gestaltet, und die jeweils individuell dazu kombinierten Teile ermöglichen die Variation der gewünschten elektrischen Antriebsleistungsklasse. Mit diesen Maßnahmen wird eine besonders günstige Arbeitsteilung zwischen den beteiligten Bauelementen ermöglicht.
Durch die Erfindung wird es weiterhin ermöglicht, das Volumen von einem Gleichstrommotor zu reduzieren, und dessen Leistung auf einfache Art und Weise zu variieren. Zur Veränderung der elektrischen Leistung des Gleichstrommotors erfolgt bevorzugt eine Durchmesseränderung von dem Rotor 3. Durch die beschriebene Abstimmung der Bauteile wird es im Sinne von einem Baukastensystem ermöglicht, dass eine Bürstenhalteplatte 18 prinzipiell als Standardbauteil dimensioniert ist, und gleichzeitig als Lagerschild fungiert. Eine standardisierte Bürstenhalteplatte 18 kann also für unterschiedlich leistungsfähig dimensionierte Gleichstrommotoren vorgesehen werden. Durch umlaufende Abstützmöglichkeiten wird eine besonders stabile Auflage für die Bürstenhalteplatte 18 geschaffen.
Indem die Welle 4 - im Unterschied zu bekannten Gleichstrommotoren - für Motor-Pumpenaggregate, abgestuft gestaltet ist, sind am pumpenabgewandten Wickelkopf miniaturisierte Kugellager im Austausch gegen Gleitlager verwendbar. Dies ermöglicht eine optimierte Bauraumausnutzung. In einem weiteren Schritt können z.B. Permanentmagnete 34 mit einer erhöhten Remanenz eingesetzt werden (z.B. Neodymwerkstoff) - entsprechend 2.
Generell sind durch das beschriebene Konstruktionsprinzip unterschiedlichste elektrische Motor-Leistungsklassen darstellbar, ohne wesentlich auf die grundsätzliche mechanische Gestaltung Einfluss nehmen zu müssen.
Bezugszeichenliste

1: Maschine
2: Aufnahmekörper
3: Rotor
4: Welle
5: Exzenter
6: Mittelstück
7: Endstück
8: Endstück
9: Übergang
10: Wicklungsträger
11: Lager
12: Innenring
13: Außenring
14: Abschnitt
15: Motorgehäuse
16: Kommutator
17: Kohlebürste
18: Bürstenhalteplatte
19: Lager
20: Innenring (Lager)
21: Außenring (Lager)
22: Innenring (Bürstenhalteplatte)
23: Außenring (Bürstenhalteplatte)
24: Scheibe
25: Motorinnenraum
26: Außenfläche
27: Freisparung
28: Schulter
29: Stufe
30: Ausnehmung
31: Dichtelement
32: Schottwand
33: Notlager
34: Permanentmagnet
l: Baulänge
t: Dicke

Claims

Elektrische Maschine (1), umfassend einen Elektromotor, zum Antrieb von einer Pumpe für eine schlupfgeregelte Bremsanlagen, mit einem Stator, enthaltend eine Bürstenhalteplatte (18) aus Kunststoff sowie ein Motorgehäuse (15), umfassend einen zylindrischen Wandbereich zur Aufnahme von Permanentmagneten (34), und mit einem Rotor, enthaltend eine Welle (4) mit je einem Endstück (7,8) für einen Wicklungsträger (10) oder einen Exzenter (5), und mit einer Lagerung zwischen Stator und Rotor, wobei der Wicklungsträger (10) zwischen zwei Lagern (11,19) angeordnet ist, und mit elektrischen Anschlußkomponenten wie insbesondere Kohlebürsten (17) in einer elektrischen Verbindung zwischen dem Rotor und einer elektrischen Energieversorgung, wobei für die Ausbildung von einem Maschinenbaukastensystem enthaltend elektrisch unterschiedlich leistungsfähige Maschinenbaureihen unter Verwendung von überwiegend gleichen Maschinenbauteilen eine einheitlich standardisierte Bürstenhalteplatte (18) vorgesehen ist, und wobei jedes Motorgehäuse (15) eine standardisierte Schnittstelle zur Aufnahme der standardisierten Bürstenhalteplatte (18) aufweist, wobei die Bürstenhalteplatte (18) einen Außenring (23), einen Innenring (22) und eine, die beiden Ringe (23,22) miteinander verbindende, Scheibe (24) aufweist, und wobei der Außenring (23) eine abgestufte Schulter (28) zur axialen Anlage am Motorgehäuse (15) sowie eine radial und axial offene Ausnehmung (30) für ein Dichtelement (31) aufweist, wobei Schulter (28) und Dichtelement (31) in Axialrichtung zueinander fluchtend vorgesehen sind, und wobei die Außenfläche (26) vom Außenring (23) derart profiliert, insbesondere gefast oder ballig, ausgebildet ist, dass zwischen Motorgehäuse (15) und Schulter (28) eine Freisparung (27) vorgesehen ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils das Endstück (7,8) der Welle (4) im Vergleich mit einem benachbarten Mittelstück (6) im Durchmesser abgestuft verringert ausgebildet ist, und dass das Motorgehäuse (15) benachbart zum zylindrischen Wandbereich eine umlaufende Abstufung aufweist, die den zylindrischen Wandbereich für die Permanentmagneten (34) von einem zylindrischen Bereich zur Aufnahme der Bürstenhalteplatte (18) abtrennt.
Elektrische Maschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die unterschiedlich leistungsfähigen Maschinenbaureihen eine einheitlich standardisierte Welle (4) vorgesehen ist.
Elektrische Maschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Wandbereich für die Permanentmagneten (34) einen kleineren Durchmesser aufweist, als der zylindrische Bereich zur Aufnahme der Bürstenhalteplatte (18).