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Title:
ARMATURE FOR AN ELECTRIC MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/071822
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an armature (10) for an electric machine (12), especially a DC motor (14), comprising a commutator (26) mounted on a rotor shaft (16) in a rotationally fixed manner and at least one magnetic signal transmitter (34). The invention is characterized in that the at least one magnetic signal transmitter (34) is mounted in an axially open, pouch-type recess (50) inside the commutator (26).

Inventors:
Oberle, Hans-juergen (Badstr. 4, Rastatt, 76437, DE)
Roos, Gerald (Buehlackerstr. 20a, Sasbachried, 77855, DE)
Bernauer, Christof (Viehlaeger 1, Hundsbach, 76596, DE)
Application Number:
PCT/EP2004/053200
Publication Date:
August 04, 2005
Filing Date:
December 01, 2004
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
Oberle, Hans-juergen (Badstr. 4, Rastatt, 76437, DE)
Roos, Gerald (Buehlackerstr. 20a, Sasbachried, 77855, DE)
Bernauer, Christof (Viehlaeger 1, Hundsbach, 76596, DE)
International Classes:
H02K7/116; H02K23/66; (IPC1-7): H02K23/66
Domestic Patent References:
WO1999043071A11999-08-26
WO2003017450A12003-02-27
Foreign References:
JP11018391A
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1999, no. 04 30 April 1999 (1999-04-30)
Attorney, Agent or Firm:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
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Claims:
Ansprüche
1. l.
2. Anker (12) für eine elektrische Maschine (12), insbesondere einen Gleichstrommotor (14), mit einem drehfest auf einer Ankerwelle (16) angeordnetem Kommutator (26) und mindestens einem magnetischen Signalgeber (34), dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine magnetische Signalgeber (34) in einer axial offenen, taschenförmigen Aussparung (50) innerhalb des Kommutators (26) angeordnet ist.
3. Anker (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Aussparung (50) derart ausgebildet ist, das der magnetische Signalgeber (34) gegen Verdrehen und/oder Verschieben gesichert ist.
4. Anker (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Signalgeber (34) mittels Einpressen oder Verclipsen oder Kleben in der Aussparung (50) fixiert ist.
5. Anker (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommutator (26) ein Kernformteil (64) aufweist, in das der mindestens eine Signalgeber (34) formschlüssig eingebettet ist.
6. Anker (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Signalgeber (34) mittels Spritzgießen in das Kernformteil (64) des Kommutators (26) integriert ist.
7. Anker (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Signalgeber (34) als kunststoffgebundener Magnet insbesondere Ferrit oder Neodymausgebildet ist.
8. Anker (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommutator (26) als ein Plankommutator (38) oder als ein Trommelkommutator (62) ausgebildet ist.
9. Anker (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Signalgeber (34) eine axiale signalgebende Oberfläche (56) zur Wechselwirkung mit mindestens einem axial zum Kommutator (26) beabstandet angeordneten Signalaufnehmer (36,37) aufweist.
10. Elektrische Maschine (12), insbesondere zum Antrieb beweglicher Teile (80) im Kraftfahrzeug, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Signalaufnehmer (36) als Hallsensor (37) ausgebildet ist, der an einem Bürstenhalter (58) oder auf einer Leiterplatte (54)insbesondere mittels SMD Technikangeordnet ist.
11. Elektrische Maschine (12), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem mindestens einen Signalaufnehmer (36,37) Magnetfeldleitmittel (70) zur Verstärkung des Signals des mindestens einen magnetischen Signalgebers (34) angeordnet sind.
Description:
Anker für eine elektrische Maschine Stand der Technik Die Erfindung betrifft einen Anker für eine elektrische Maschine nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1.

Mit der WO 03/067741 AI ist eine elektrische Maschine bekannt geworden, bei der ein Kommutator mit einem Kernformstück drehfest auf einer Ankerwelle befestigt ist. Das Kernformstück bildet in axialer Richtung einen Fortsatz, der die Kommutatorlamellen axial überragt und eine Aufnahme für einen Ringmagneten bildet. Der Ringmagnet wird dabei auf dem axialen Fortsatz des Kernformstücks befestigt, so dass der Ringmagnet axial neben den Kommutatorlamellen angeordnet ist.

Als nachteilig bei einer solchen Anordnung erweist sich, dass die Anordnung des Ringmagneten axial neben den Kollektorlamellen zusätzlichen Bauraum beansprucht, der die Baulänge des Ankers entsprechend der Länge des Ringmagneten vergrößert.

Desweiteren erfordert der radiale Zugriff für das magnetische Gebersignal des Ringmagneten eine relativ aufwendige Halterung für einen korrespondierenden Hallmagneten.

Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Anker für eine elektrische Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass aufgrund der Anordnung des magnetischen Signalgebers innerhalb der Kommutatorlamellen die Baulänge des Ankers deutlich reduziert werden kann. Die axiale Aussparung im Kommutator erlaubt eine einfache Montage der magnetischen Signalgeber in axialer Richtung, wodurch ein magnetisches Signal zur Verfügung gestellt wird, dass die Drehzahl des Ankers repräsentiert.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Wird die Form der axialen Aussparungen an die Abmessungen der magnetischen Signalgeber angepasst, kann auf diese Weise eine Verdrehsicherung der Magneten realisiert werden und ein Verschieben des Magnetes in radialer oder axialer Richtung verhindert werden.

Dabei können die Gebermagneten auf einfache Weise unter einer gewissen Vorspannung in die ausgeformten Taschen eingepresst werden, wobei zur sicheren Fixierung auch Rastelemente angeformt werden können. Alternativ können die Gebermagneten auch in die axialen Aussparungen des Kommutators eingeklebt werden.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Gebermagneten formschlüssig in die Pressmasse des Kernformteils des Kommutators eingebettet sind, da die Gebermagneten dann auch bei hoher Temperatur-und Schüttelbeanspruchung sicher innerhalb des Kommutators gehalten werden.

In einer weiteren Ausführung sind die magnetischen Signalgeber als Einlegeteile mit dem Kunststoff des Kernformteils umspritzt, so dass der zusätzliche Montageschritt der Magnetbefestigung komplett entfällt, und somit die Anzahl der zu montierenden Bauteile reduziert wird. Durch das Spritzguss-Verfahren wird ein idealer Formschluss erzeugt, der die Gebermagneten zuverlässig fixiert.

Zur Integration der magnetischen Signalgeber in den Kommutator eignet sich in besonderer Weise die Verwendung von kunststoffgebundenen Ferrit-oder Neodym- Magneten, die sich verfahrenstechnisch günstig in die axiale Taschen des Kommutators einfügen lassen.

Die Anordnung der Gebermagneten im Innern der Kommutatorlamellen ist sowohl für die Verwendung eines Plankommutators mit einer relativ großen axialen Stirnfläche, als auch für die Verwendung eines Trommelkommutators geeignet, wodurch die Erfindung bei unterschiedlichen elektrischen Maschinen zum Einsatz kommen kann.

Aufgrund der axial offenen Taschen des Kommutators weisen die in den Kommutator integrierten Gebermagnete eine magnetisch aktive Oberfläche in axialer Richtung auf, die bei einer Drehung des Ankers ein sich änderndes Signal an eine axial gegenüberliegende Fläche des Signalaufnehmers sendet.

Ist der magnetische Signalaufnehmer einer elektrischen Maschine beispielsweise als Hallsensor ausgebildet, kann dieser hierbei mittels SMD-Technik auf einer Leiterplatte befestigt sein, die senkrecht zur Ankerwelle angeordnet ist und sich näherungsweise parallel zur Stirnfläche des Kommutators erstreckt. In einer alternativen Ausführung ist der Hallsensor an einem Bürstenhalterteil befestigt, das sich axial oder radial zur Ankerwelle erstreckt.

In einer weiteren Ausführung der erfindungsgemäßen Magnetbefestigung ist am Hallsensor ein Magnetfeldleiter angeordnet, der das magnetische Signal des Gebermagneten am Befestigungsort des Hallsensors verstärkt. Dadurch kann auf eine Anordnung des Hallsensors in unmittelbarer Nähe des Magnetgebers verzichtet werden, wodurch die Anordnung der Hallsenorik an die Elektronikanordnung und die Gehäuseform des Elektromotors angepasst werden kann.

Zeichnungen In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Ankers dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Anker mit einem Plankommutator und Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ankers mit einem Trommelkommutator.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Figur 1 ist als elektrische Maschine 12 ein Elektromotor 14 dargestellt, bei dem eine Anker 10 in einem nicht näher dargestellten Gehäuse 18 mittels Wälz-oder Gleitlager 20 gelagert ist. Der als Ausführungsbeispiel für eine elektrische Maschine 12 dargestellte Gleichstrommotor 14 weist ein Ankerlamellenpaket 22 mit einer Ankerwicklung 24 auf und ist drehfest auf einer Ankerwelle 16 befestigt. Die Ankerwicklung 24 ist in bekannterweise an einem Kommutator 26 angeschlossen, der ebenfalls drehfest auf der Ankerwelle 16 gelagert ist. Der Kommutator 26 ist hierbei beispielsweise mittels einer Presspassung oder mittels Fließharz oder mittels einer plastischen Verformung auf der Ankerwelle 16 befestigt. An einem Ende 17 der Ankerwelle 16 ist als Antriebselement 28 eine Schnecke 30 angeordnet, die über ein nicht näher dargestelltes Schneckengetriebe 32 ein bewegliches Teil 10 beispielsweise im Kraftfahrzeug verstellt. Zur Drehzahlmessung des Ankers 10, bzw. zur Positionserfassung des zu verstellenden Teils 10 sind im Kommutator 26, eins, zwei, drei, vier oder mehrere magnetische Signalgeber 34 angeordnet, die mit ein oder zwei oder mehreren gehäusefesten Signalaufnehmern 36 zusammenwirken. Der Kommutator 26 ist hier als Plankommutator ausgebildet, der an seiner Stirnseite 40 radial ausgerichtete Lamellen 42 aufweist, die mit gehäusefesten Bürsten 44 zusammenwirken. Die Lamellen 42 sind über am Umfang angeformte Kommutatorfahnen 46 mit der Ankerwicklung 24 verbunden. An der Stirnseite 40 weist der Kommutator 26 taschenförmige Aussparungen 50 auf, in denen als Gebermagnete 34 beispielsweise kunststoffgebundenes Ferrit oder Neodym eingepresst ist. Die Gebermagnete 34 sind beispielsweise quaderförmig ausgebildet und bilden einen Formschluss mit den entsprechend ausgeformten axialen Aussparungen 50 des Kommutators 26, wodurch ein Verdrehen der magnetischen Signalgeber 34 verhindert wird. Ein axiales Verschieben der magnetischen Signalgeber 34 ist aufgrund der Presspassung unterbunden, alternativ ist am Kommutator 26 ein Rastelement 52 angeformt, das den magnetischen Signalgeber auch axial fixiert. In einer alternativen Ausführung sind die Gebermagneten 34 in die taschenförmige Aussparung 50 des Kommutators 26 eingeklebt. Die Signalaufnehmer 36 sind als Hallsensoren 37 ausgebildet, die in einer ersten Ausführung mittels SMD-Verfahren (Surface Mounted Devices) auf einer Leiterplatte 54 befestigt sind. Die Leiterplatte 54 erstreckt sich dabei radial zur Ankerwelle 16 derart, dass der Hallsensor 37 axial beabstandet gegenüber der axialen magnetischen Oberfläche 56 des magnetischen Signalgebers 34 angeordnet ist. In einer alternativen Ausführung ist der Hallsensor 37 an einem Bürstenhalterlement 58 angeordnet, das sich radial bis zum magnetischen Signalgeber 34 erstreckt oder ein separates Haltelement 60 für den Hallsenor 37 aufweist, um diesen gegenüber der axialen Magnetoberfläche 56 zu positionieren.

Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer elektrischen Maschine 12, bei der der Kommutator 26 als Trommelkommutator 62 ausgebildet ist. Der Kommutator 26 weist in seinem Innern ein Kernformteil 64 auf, das beispielsweise aus Kunststoff gefertigt ist. Das Kernformteil 64 ist drehfest auf der Ankerwelle 16 gelagert und weist an seinem äußeren Umfang mehrere, elektrisch gegeneinander isolierte Kollektorlamellen 42 auf, die sich in axialer Richtung erstrecken. Die Lamellen 42 weisen wiederum Kommutatorfahnen 46 auf, die mit den Ankerwicklungen 24 verbunden sind. In einer ersten Ausführung-dargestellt im unteren Teil der Figur 2-sind die magnetischen Signalgeber 34 in das Kernformteil 64 eingespritzt, so dass die magnetischen Signalgeber 34 radial vom Kernformteil 64 anliegend umschlossen sind. Eine solche formschlüssige Einbettung der Magnetgeber 34 garantiert eine zuverlässige radiale und axiale Fixierung, die durch die Ausbildung eines Hinterschnitts 66 noch verstärkt werden kann. Die axiale Magnetoberfläche 56 liegt hierbei in etwa in einer Ebene mit der Stirnseite 40 des Kommutators 26, so dass der Signalaufnehmer 36 in axialer Richtung sehr nah am magnetischen Signalgeber 34 herangeführt werden kann. Gemäss der Ausführung in der unteren Bildhälfte von Figur 2 ist der Hallsensor 37 auf einer Leiterplatte 54, beispielsweise mittels SMD-Verfahren angeordnet, wobei sich die Leiterplatte 54 im Wesentlichen parallel zur Ankerwelle 16 erstreckt. Um bei einer solchen Leiterplattenanordnung ein ausreichend starkes magnetisches Signal zu empfangen ist am Hallsensor 37 ein Magnetfeldleiter 70 angeordnet, der sich radial zur Ankerwelle 16 erstreckt und das magnetische Signal der Gebermagneten 34 am Ort der Signalaufnehmer 36 verstärkt.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäss der oberen Bildhälfte von Figur 2 wird der magnetische Signalgeber 34 in das Kernformteil 64 eingepresst, wobei hier die Lamellen 42 eine Innenwand 68 der taschenförmigen Aussparung 50 bilden. Der Signalaufnehmer 36 ist wiederum mit geringem axialen Abstand gegenüber der axialen Magnetoberfläche 56 angeordnet und wird mittels des Halteelements 60 auf einer Leiterplatte 54 oder einem Bürstenhalterelement 58 gehalten.

Zur Bestromung des Motors liegen an den Lamellen 42 Kohlebürsten 72 an, die beispielsweise über eine Feder 74 in einem Köcher 76 gelagert sind, der am Bürstenhalterelement 58 oder auf der Leiterplatte 54 angeordnet ist. Die Ankerwelle 16 weist als Antriebselement 28 ein Stirnzahnrad 31 auf, um beispielsweise über ein nicht näher dargestelltes Getriebe 32 Sitzteile 70 eines Kraftfahrzeugsitzes zu verstellen. Das Antriebselement 28 kann an beiden Seiten der Ankerwelle 16 angeordnet sein, wie dies durch ein Innenvielkant-Profil 33 am anderen Ende der Ankerwelle 16 dargestellt ist. Die Lagerung der Ankerwelle 16 ist wieder über Wälz-und/oder Gleitlager 20 realisiert, wobei vorzugsweise ein Festlager 20 und mindestens ein Loslager 20 verwendet wird.

Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in allen Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann die Form des Kommutators 26, der magnetischen Signalgeber 34, sowie der korrespondierenden taschenförmigen Aussparung 50 ebenso wie die Anzahl der magnetischen Signalgeber 34 und der Signalaufnehmer 36 variiert werden. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Magnetgeber 34 im Innern des Kommutators 26 integriert sind, so dass die Baulänge der elektrischen Maschine 12 sich durch die Anordnung der magnetischen Signalgeber 34 nicht oder nur unwesentlich vergrößert. Beispielsweise kann auch das gesamte Kernformteil 64 aus magnetisierbaren Material 34 hergestellt werden, so dass die Stirnseite 40 als axiale, magnetisch aktive Fläche 56 des Signalgebers 34 magnetisiert werden kann. Bevorzugt findet der erfindungsgemäße Elektromotor 14 Anwendung für die Verstellung von Sitzteilen 70 mit Memoryfunktion im Kraftfahrzeug, kann aber auch für den Antrieb anderer beweglichen Teile 70 insbesondere im Kraftfahrzeug, wie Fensterscheibe, Schiebedach, Scheibenwischer oder auch Kraftstoffpumpen verwendet werden. Das magnetische Sensorsystem kann hierbei sowohl der Drehzahl-und Drehrichtungserfassung, als auch der Positionserfassung der zu verstellten Teile 70 dienen.