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Title:
COMMUTATOR MOTOR WITH A SENSOR DEVICE FOR SENSING SPEED AND/OR THE DIRECTION OF ROTATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/022561
Kind Code:
A1
Abstract:
The aim of the invention is to ensure easy fixation of a sensor for sensing a speed and/or the direction of rotation (3), especially in the form of a brittle magnetic rotor, in a manner which is devoid of tractile or compression stress, in relation to the rotor shaft (2), whereby said sensor is arranged in relation to the circumference of the rotor shaft (2) in a press fit-free manner and in a positive fit in addition to being arranged in an axially inserted rotationally engaging position in relation to the commutator (4) that is fixed to said rotor shaft (2) and pertains to the commutator motor. The aim of the invention is also to further simplify production thereof. To this end, the magnetic rotor can be assembled from shell components (3.1; 3.2) in a tangential manner and in such a way that said rotor consists of several components. The shell components are held together by means of an embracing clamping element (5) after placement occurs on the outer circumference of the rotor shaft (2).

Inventors:
FIEDLER RUDOLF (DE)
KEMMER DETLEF (DE)
KLINGER PETER (DE)
LAUMER STEFAN (DE)
Application Number:
PCT/DE2000/003107
Publication Date:
March 29, 2001
Filing Date:
September 07, 2000
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
FIEDLER RUDOLF (DE)
KEMMER DETLEF (DE)
KLINGER PETER (DE)
LAUMER STEFAN (DE)
International Classes:
H02K23/66; H02K7/116; (IPC1-7): H02K23/66
Foreign References:
DE4337390A11995-04-27
EP0711468A11996-05-15
US5936397A1999-08-10
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 016, no. 497 (E - 1279) 14 October 1992 (1992-10-14)
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34 München, DE)
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34 München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Kommutatormotor mit einer Drehzahlund/oder Drehrich tungsSensorvorrichtung, insbesondere Stellmotor in einem Kraftfahrzeug mit einem auf einer Rotorwelle (2) des Kommutatormotors druckbzw. zugspannungsfrei gehaltenem und mit dieser rotierendem Drehzahlbzw. Drehrichtungsgeber (3), insbe sondere in Form eines MagnetPolrades, mit einer Anordnung des Drehzahlbzw. Drehrichtungsge bers (3) axial benachbart zu dem Kommutator (4) des Kom mutatormotors, mit einer formschlüssigen Drehmitnahme zwischen dem Kom mutator (4) und dem Drehzahlbzw. Drehrichtungsgeber (3).
2. Kommutatormotor nach Anspruch 1 mit einer formschlüssigen Drehmitnahme zwischen einer Stirnseite des Kommutators (4) und der gegenüberliegenden Stirnseite des Drehzahlbzw. Drehrichtungsgebers (3).
3. Kommutatormotor nach Anspruch 1 und/oder 2 mit an den zur Aufnahme der Kommutatorlamellen (4.2) vor gesehenen Presskörper (4.1) des Kommutators (4), vorzugs weise einstückig, angeformten ersten Formschlußmitnahmen und/oder, mit an den Drehzahlbzw. Drehrichtungsgeber (3), vor zugsweise einstückig, angeformten zu den kommutatorseiti gen ersten Formschlußmitnahmen korrespondierenden zweiten Formschlußmitnahmen.
4. Kommutatormotor nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer formschlüssigen Drehmitnahme in Form einer axial montierbaren Einsteckmitnahme, insbesondere in Form von gegenseitigen Vorsprüngen (3.11,3.21 ; 4.11) und kor respondierenden Vertiefungen (3.12,3.22 ; 4.12).
5. Kommutatormotor nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer kommutatorseitigen axialen Fixierung des Dreh zahlbzw. Drehrichtungsgebers (3) durch axialen Anschlag an den Kommutator (4).
6. Kommutatormotor nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einer kommutatorabgewandten axialen Fixierung des Drehzahlbzw. Drehrichtungsgebers (3) durch Abstützung an der Rotorwelle (2).
7. Kommutatormotor nach Anspruch 6 mit einer kommutatorabgewandten axialen Fixierung des Drehzahlbzw. Drehrichtungsgebers (3) durch ein form schlüssig zu der Rotorwelle (2) und/oder zu dem Drehzahl bzw. Drehrichtungsgeber (3) gesichertes Spannelement (5), insbesondere in Form eines elastisch gespannten ORinges.
8. Kommutatormotor nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einem tangential mehrteiligen, aus entsprechenden Schalenteilen (3.1 ; 3.2) zusammensetzbaren Drehzahlbzw. Drehrichtungsgeber (3).
9. Kommutatormotor nach Anspruch 8 mit einer radialen Lagefixierung der Schalenteile (3.1 ; 3.2) an ihrem kommutatorseitigen axialen Ende durch entsprechende Ausbildung der formschlüssigen Drehmitnah me.
10. Kommutatormotor nach Anspruch 8 und/oder 9 mit einen Zusammenhalt der Schalenteile (3.1 ; 3.2) unter einander bzw. relativ zu der Rotorwelle (3) durch ein die Schalenteile umfassendes Spannelement (5), insbesondere in Form eines elastisch gespannten 0Ringes.
11. Kommutatormotor nach Anspruch 10 mit einer Mitbenutzung des die Schalenteile (3.1 ; 3.2) zu sammenhaltenden Spannelementes (5) zu deren axialen Lage fixierung relativ zu der Rotorwelle (2).
12. Kommutatormotor nach Anspruch 11 mit einem radialen Durchgriff des Spannelementes (5) durch zumindest eine teilumfangsseitige Einlegenut (3. 23) des Drehzahlbzw. Drehrichtungsgebers (3) im Sinne einer axialen FixierungsKontaktgabe zu der Rotorwelle (2).
Description:
Beschreibung Kommutatormotor mit einer Drehzahl-und/oder Drehrichtungs- Sensorvorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf einen Kommutatormotor mit ei- ner Drehzahl-und/oder Drehrichtungs-Sensorvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 ; die Sensorvorrichtung ist insbesondere zum Einsatz bei einem Stellmotor in einem Kraftfahrzeug, z. B. ei- nem in der EP 0 601 228 B1 beschriebenen Fensterheberantrieb, vorgesehen. Dabei werden von einem auf der Rotorwelle befe- stigten Drehzahl-bzw. Drehrichtungsgeber, insbesondere einem Magnet-Polrad, drehzahlproportionale Signale in einer stator- seitigen Sensorvorrichtung, insbesondere in einer Hallsonde, erzeugt.

Durch die EP 0 489 940 A1 ist ein Kommutatormotor bekannt, bei dem zur Drehzahlregelung auf einer statorseitigen Elek- tronik-Anschlußplatte Hallsonden angeordnet sind, denen ein unmittelbar auf der Rotorwelle befestigtes Magnet-Polrad zu- geordnet ist. Die Befestigung des Polrades auf der Rotorwelle kann z. B. durch einen entsprechenden Preßsitz und/oder Klebe- sitz erfolgen. Ein Preßsitz kann bei für ein Massenserien- produkt hinzunehmenden Toleranzen aufgrund zu starker Preßsitzspannungen zu einem Schaden des üblicherweise aus Sintermaterial gefertigten Polrades führen, ein Klebesitz er- fordert eine aufwendige Fertigungstechnologie.

Bei einem durch die EP 0 601 228 B1 bekannten elektromotori- schen Antrieb mit Drehzahlerfassung ist ein Polrad-Magnetkör- per auf die Rotorwelle zentrierend und druck-bzw. zugspan- nungsfrei aufsteckbar und zur beidseitigen axialen Lagesiche- rung bzw. tangentialen Drehmitnahme mit einem axial vor- und/oder nachgelagerten, auf der Rotorwelle fest sitzend auf- gedrückten Halteteil in formschlüssige axiale und tangentiale Anlageverbindung gestellt.

Durch die JP-A-4183245 bzw. die US-A 2,161,953 sind Halte- rungen für einen Polrad-Magnetkörper auf einer Rotorwelle be- kannt, bei denen ein gesondertes Halteteil mit axial vorste- henden Mitnahmearmen in korrespondierende Ausnehmungen der dem Halteteil zugewandten einen Stirnseite des Magnetkörpers greifen ; in seiner anderen Stirnseite liegt der Magnetkörper an einem motorseitigen Anschlag in Form des Rotorblechpaketes oder. eines auf der Rotorwelle fixierten Sicherungsringes an.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei für eine Mas- senserienfertigung geringstmöglichem Fertigungs-bzw. Monta- geaufwand eine auch bei längerem und hartem Betriebseinsatz sichere druck-bzw. zugspannungsfreie Fixierung eines Dreh- zahl-bzw. Drehrichtungsgebers, insbesondere eines relativ spröden Polrad-Magnetkörpers, auf der Welle gewährleisten zu können.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch einen Kommutatormotor mit einer Drehzahl-und/oder Drehrichtungs- Sensorvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 ; vorteilhafte Ausge- staltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteran- sprüche.

Bei dem Kommutatormotor mit der erfindungsgemäßen Drehzahl- und/oder Drehrichtungs-Sensorvorrichtung ist es möglich, ohne Rücksichtnahme auf die Sprödigkeit bzw. mechanische Empfind- lichkeit des Gebers, insbesondere eines gesinterten Polrad- Magnetkörpers, diesen auch bei größeren Toleranzmaßen der Ro- torwelle ohne übermäßige Zug-bzw. Druckbelastungen unter Mitbenutzung und Vermittlung des an sich vorhandenen, mit der Rotorwelle bereits fest verbundenen Kommutators in Drehmit- nahme zu bringen und auf einfache Weise in seiner Form- schlußverbindung mit dem Kommutator axial auf der Rotorwelle zu fixieren.

Ein Schiebesitz über die gegebenenfalls durch Schleifen vor- bearbeitete Rotorwelle und/oder ein raumgreifendes axiales Aufschieben läßt sich in vorteilhafter Weise dadurch ganz vermeiden, daß der Drehzahl-bzw. Drehrichtungsgeber aus meh- reren tangentialen Schalenteilen zusammensetzbar ist, die durch eine einfache umgebende Spannvorrichtung, insbesondere in Form eines elastisch dehnbaren O-Ringes, in ihrer Endpo- sition mit Anlage an die Umfangsfläche der Rotorwelle zusam- menhaltbar sind.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im fol- genden anhand schematischer Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert ; darin zeigen : FIG 1 in einer Explosions-Ausschnittsdarstellung eine Ro- torwelle mit darauf befestigtem Kommutator und auf die Rotorwelle bis zur formschlüssigen Drehmitnahme mit dem Kommutator aufsteckbarem einteiligen Magnet-Polrad ; FIG 2 in einem axialen Schnittbild das in seine Betriebs- endstellung mit Drehmitnahme zum Kommutator ge- brachte und relativ zur Rotorwelle axial fixierte Magnet-Polrad gemäß FIG 1 ; FIG 3 in einer Explosions-Ausschnittsdarstellung eine Ro- torwelle mit darauf befestigtem Kommutator und auf die Rotorwelle bis zur formschlüssigen Drehmitnahme mit dem Kommutator aufsteckbarem zweiteiligen Magnet-Polrad ; FIG 4 in einem axialem Schnittbild das in seine Betriebs- endstellung mit Drehmitnahme zum Kommutator ge- brachte und relativ zur Rotorwelle axial fixierte Magnet-Polrad gemäß FIG 3 ; FIG 5 in stirnseitiger Draufsicht die einzelnen Schalen- teile eines zweiteiligen Magnet-Polrades gemäß FIG 3,4 ;

FIG 6 in einem axialen Teilschnittbild einen Kommutator- motor mit in bekannter Weise direkt auf einer Ro- torwelle befestigtem Polrad-Magnetkörper als Dreh- zahl-bzw. Drehrichtungsgeber und statorseitg zuge- ordnetem Sensor in Form von zwei Hallsonden.

FIG 6 zeigt in einem axialen Teil-Schnittbild einen z. B. durch die EP 0 489 940 A1 bzw. die EP 0 601 228 B1 bekannten Kommutatormotor, z. B. eines Kraftfahrzeug-Getriebe-Stellan- triebes, mit einem Motorgehäuse 7 und einem an dieses axial anschließenden Getriebegehäuse 6, in das die Rotorwelle 2 des Kommutatormotors als verlängerte Getriebewelle, z. B.

Schneckenwelle, hineinragt. An der Innenumfangsfläche des Mo- torgehäuses 7 sind zur Erregung vorgesehene Dauermagnete 7.1 ; 7.2 gehaltert ; auf der Rotorwelle 2 sind ein mit einer Rotorwicklung bewickeltes Rotorpaket 13 sowie ein axial vor- gelagerter, an die Rotorwicklung angeschlossener Kommutator 4 befestigt. Die Lamellen 4.2 des Kommutators 4 sind radial in- nen in einem Preßkörper 4.1 verankert und radial außen von Kohlebürsten 10 beschliffen, die ihrerseits an einer Bürsten- tragplatte 11 geführt gehalten sind.

Zur Drehzahl-bzw. Drehrichtungserfassung ist unmittelbar auf der Rotorwelle 2, z. B. durch Aufdrücken im Preßsitz und/oder durch Aufkleben, ein Drehzahl-bzw. Drehrichtungsgeber 3 in Form eines Magnet-Polrades in hier angedeuter zweipoliger Ausführung N, S befestigt, dem auf einer statorseitigen Lei- terplatte 12 als Drehzahl-Sensoren Hallsonden 8,9 zugeordnet sind.

Im bekannten vorgenannten Fall hat sich gezeigt, daß eine Klebeverbindung zwischen dem Drehzahl-bzw. Drehrichtungsge- ber 3 und der Rotorwelle 2 in nicht in allen Fällen, insbe- sondere bei rauhem Betriebseinsatz und längeren Betriebszei- ten, einen sicheren Festsitz auf der Rotorwelle 2 gewährlei- sten kann ; da sich andererseits ein solchen Belastungen bes- ser widerstehender Preßsitz des Drehzahl-bzw. Drehrichtungs-

gebers aufgrund der bei Verwendung eines Magnet-Polrades zu berücksichtigenden Materialsprödigkeit, insbesondere bei Her- stellung als Sinter-Bauteil, verbietet, sind in den letztge- nannten bekannten Fällen die Drehzahl-bzw. Drehrichtungsge- ber preßsitzfrei lediglich im Schiebesitz auf die Rotorwelle aufgeschoben und die Fixierung des Drehzahl-bzw. Drehrich- tungsgebers in seiner Betriebsendstellung und seine Drehmit- nahme von einem axial vor-und/oder nachgelagerten gesonder- ten Halteteil übernommen, das seinerseits im Preßsitz und so- mit mit relativ hohem Druckaufwand auf die Rotorwelle aufzu- schieben und konstruktiv derart zu gestalten. ist, daß eine sichere mechanische Fixierung und Drehmitnahme des Drehzahl- bzw. Drehrichtungsgebers relativ zu der Rotorwelle gewährlei- stet ist.

FIG 1,2 bzw. FIG 3-5 zeigen jeweils zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Fixierung eines Drehzahl-bzw. Dreh- richtungsgebers 3 relativ zur Rotorwelle 2. Erfindungsgemäß erfolgt dabei zumindest die sichere Drehmitnahme des zug- bzw. preßspannungsfrei auf der Rotorwelle 2 lagerbaren Dreh- zahl-bzw. Drehrichtungsgebers 3 unter Vermittlung und Mitbe- nutzung des an sich vorhandenen und fest auf der Rotorwelle 2 fixierten Kommutators 4.

Dazu weist der gemäß FIG 1,2 einteilige Drehzahl-bzw. Dreh- richtungsgeber 3, im Sinne seines Unwuchtausgleiches über seinen Umfang verteilt, zwei axial vorstehende stirnseitige Vorsprünge bzw. Vorsprungsanordnungen 3.21 bzw. Vertiefungen auf, die beim axialen Aufschieben des Drehzahl-bzw. Dreh- richtungsgebers 3 in korrespondierende stirnseitige Vertie- fungen 4.12 bzw. Vorsprünge 4.11 in dem Preßkörper 4.1 des Kommutatormotors 4 einsteckbar sind, derart daß formschlüssig zumindest eine sichere Drehmitnahme zu dem Kommutator gewähr- leistet ist, dessen radial außen die Lamellen 4.2 halternder Preßkörper 4.1 kraft-und/oder formschlüssig, z. B. durch wel- lenseitige Riefen, mit der Rotorwelle 2 fest verbunden ist.

Die betriebsmäßige Betriebsendlage, bei der die formschlüssi- ge Drehmitnahme zwischen dem Kommutator und dem Drehzahl- und/oder Drehrichtungsgeber 3 gewährleistet ist, kann in vor- teilhafter Weise axial dadurch gesichert werden, daß der Drehzahl-und/oder Drehrichtungsgeber 3 mit seinem kommuta- tornahen Ende an den Kommutator 4 anschlägt und an seinem kommutatorabgewandten Ende durch Spannelemente 5 relativ zur Rotorwelle 2 fixiert ist ; in besonders einfacher Weise dient hierzu ein über den Umfang der Rotorwelle 2 gespannter, vor- teilhaft auch formschlüssig durch Einlage in einen Wellenan- stich 2.1 gesicherter, O-Ring vorgesehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß FIG 3-5 kann auf ein über- greifendes Aufschieben des Drehzahl-bzw. Drehrichtungsgebers 3 auf die Rotorwelle 2 dadurch verzichtet und gleichzeitig eine besonders aufwandsarme Herstellung eines ringförmigen, an der Rotorwelle 2 zentrierbaren Drehzahl-bzw. Drehrich- tungsgebers 3 erreicht werden, daß nach einer weiteren Ausge- staltung der Erfindung der Drehzahl-bzw. Drehrichtungsgeber 3 aus mehreren über den Umfang der Rotorwelle 2 zusammensetz- baren Schalenteilen, im vorliegenden Fall aus zwei halbseiti- gen Schalenteilen 3.1 ; 3.2, zusammensetzbar ist, wobei die Schalenteile 3.1 ; 3.2 radial zuführbar und zweckmäßigerweise durch Einlage in einen radialen Einstich 2.2 der Rotorwelle 2 mit einer der axialen Länge der Teilschalen entsprechenden Ausdehnung axial fixierbar einlegbar sind.

Der Zusammenhalt der Schalenteile 3.1 ; 3.2 zu einem den Dreh- zahl-bzw. Drehrichtungsgeber 3 repräsentierenden Verband er- folgt nach einer Ausgestaltung der Erfindung durch ein umfas- sendes Spannelement 5, insbesondere in Form eines elastisch gespannten O-Ringes, das zur zusätzlichen axial formschlüssi- gen Sicherung in eine teilumfangsseitige Einlegenut 3.2 des Drehzahl-bzw. Drehrichtungsgebers 3 einlegbar ist ; falls diese teilumfangsseitige Einlegenut bis zum Außenumfang der Rotorwelle im Bereich zumindest eines Schalenteils hindurch- reicht, kann-wie im Fall der axialen Lagefixierung gemäß

FIG 1-das die Schalenteile zusammenhaltende Spannelement 5 auch zu deren zusätzlicher bzw. alleiniger axialer Lagefixie- rung zu der Rotorwelle mitbenutzt werden.

Die Schalenteile 3.1 bzw. 3.2 sind-ähnlich wie bereits an- hand von FIG 1 beschrieben-im Sinne einer formschlüssigen Drehmitnahme durch axiale Einsteckaufnahme mit dem Kommutator 4 kuppelbar ; dazu dienen axiale Vorsprünge 3.11 ; 3.21 und Vertiefungen 3.12 ; 3.22 an den Schalenteilen 3.1 ; 3.2 bzw. kor- respondierenden Vertiefungen 4.12 und Vorsprünge 4.11 an dem Kommutator 4, insbesondere an der Stirnseite von dessen Preßkörper 4.1, über welche die Lamellen 4.2 mit der Rotor- welle 2 fest verbunden sind.

Wie aus FIG 5 ersichtlich, sind die Vorsprünge 3.11 ; 3.21 bzw.

Vertiefungen 3.12 ; 3.22 der Schalenteile 3.1 ; 3.2 derart ange- ordnet, daß die Schalenteile als Formteile, insbesondere Sin- ter-Formteile, mit nur in einer Richtung-hier der horizon- talen Richtung-ziehbaren Formteilen herstellbar sind.

Wie insbesondere aus FIG 3 ersichtlich, können die kommuta- torseitigen axialen Enden der Vorsprünge 3.11 bzw. 3.21 der Schalenteile 3.1 bzw. 3.2 derart ausgebildet sein, daß sie durch eine Schulteranlage gegen einen Zentrierrand dem Preßkörper 4.1 auch zur radialen Lagefixierung dieses Endes der Drehzahl-bzw. Drehrichtungsgebers 3 mitbenutzbar sind.