Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige elektrische Maschine umfasst einen Sensor, ein Geberrad, an dem der Sensor axial ein Signal abgreift, wobei eine Stirnfläche des Sensors einer Ringfläche an einer Stirnseite des Geberrads benachbart ist, eine Welle, auf der das Geberrad befestigt ist, ein FesÜager sowie ein Loslager, in denen die Welle gelagert ist, und ein Gehäuse.

Insbesondere elektronisch kommutierte Motoren (EC-Motoren) werden über die sensorisch erfassten Signale gesteuert. Dazu ist die Abstimmung des Sensorsystems entscheidend für die Genauigkeit der Kommutierungszeitpunkte, über die die einzelnen Spulen des Stators geschaltet werden. Das Optimum an Kommutierungsgenauigkeit wird dann erreicht, wenn die Elektronik den Phasennulldurchgang des magnetischen Flusses erkennt Veränderungen davon wirken sich als Schallfehler aus und fuhren dann zur Leistungsverzerrung des Motors. Ein oft verwendetes Sensorsystem besteht aus einem Sensor und einem Geberrad, der die Signale für den Sensor liefert. Um genaue Schaltpunkte zu erreichen, sind der Sensor und das Geberrad sehr nahe zueinander positioniert. Auf diese Weise wird der Schaltfehler reduziert. Üblicherweise wird dies durch die Montage sehr genauer Einzelbauteile erreicht. Weiterhin werden remanenzstarke Sensormagnete verwendet. Aufgabe der Erfindung ist es, ein axiales Montagekonzept zu schaffen, mit der elektrische Maschinen, insbesondere EC-Motoren, mit axialem Sensorabgriff toleranzreduziert und mit geringem Montageaufwand zusammengebaut werden können. Das Konzept soll ebenso bei DC-Motoren mit Lageerkennungssystem zur Anwendung kommen können. Erreicht wird dies durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Leistungsstreuung der komplettierten elektrischen Maschine durch die Minimierung der axialen Abstandstoleranzen zwischen Sensor und Sensormagnet reduziert wird.

Hierzu umfasst die elektrische Maschine einen Sensor, ein Geberrad, an dem der Sensor axial ein Signal abgreift, wobei eine Stirnfläche des Sensors einer Ringfläche an einer Stirnseite des Geberrads benachbart ist, eine Welle, auf der das Geberrad befestigt ist, ein Festlager sowie ein Loslager, in denen die Welle gelagert ist, und ein Gehäuse, wobei das Geberrad axial auf der Welle verschiebbar ist, an der elektrischen Maschine zumindest ein Anschlag vorgesehen ist, der wenigstens eine Anschlagfläche aufweist, die in Richtung des Festlagers weist, das Geberrad ebenfalls wenigstens eine Anschlagfläche aufweist, die Anschlagfläche des Anschlags und die Anschlagfläche des Geberrads einander zugewandt sind und sich axial gegenüberliegen, die Anschlagfläche des Anschlags in Richtung des Festlagers axial mit der Stirnfläche des Sensors fluchtet oder über die Stirnfläche des Sensors hinausragt

Dies führt zu einer erhöhten Signalgenauigkeit des Sensorsystems und dadurch zu einer geringen Streubreite im Leistungsverhalten der EC-Motoren bzw. EC-Generatoren. Es ermöglicht die Herstellung von Bauteilen, deren maßliche Anforderungen geringer sein müssen als bisher, da eine maßliche Korrektur während der Montage möglich ist Außerdem ergeben sich einfache Montageprozesse. Maßnahmen zum Erreichen der Funktion dieser Erfindung können einfach in die Konstruktion eingebunden werden. Am einfachsten lässt sich das Axialspiel einstellen, wenn das Gehäuse einen zumindest axial elastisch verfoπnbaren Bereich aufweist, über den das Festlager mit der Welle in Richtung des Loslagers verschiebbar ist, so dass das Geberrad durch den Anschlag in Richtung des Festlagers gedrückt werden kann.

Ein einfacher Aufbau ist gegeben, wenn der Anschlag an einem von dem Festlager entfernten Flansch der elektrischen Maschine vorgesehen ist und das Loslager in einem Lagersitz im Flansch angeordnet ist, wobei der Anschlag vorzugsweise an dem Lagersitz für das Loslager ausgebildet ist.

Zur Erzielung des axial elastischen Bereichs ist das Gehäuse vorzugsweise topffδrmig ausgebildet, das Festlager ist im Boden angeordnet und der Boden ist zumindest in einem scheibenförmigen Bereich um das Festlager herum axial elastisch verformbar.

Für die spätere Montage ist es am einfachsten, wenn der Sensor auf einer Elektrobaugruppe angeordnet ist, die zwischen dem Flansch und dem Gehäuse angeordnet ist.

Eine Antriebseinheit, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wie ein Lenkantrieb, Fensterheber, Schiebdachantrieb, Triebstrangsteller oder dergleichen mit einer derartigen elektrischen Maschine hat auch den Vorteil, dass die montagebedingte Leistungsstreuung reduziert ist, wobei Toleranzen in den Spulen, der Magnetremanenz, der Sensorempfind¬ lichkeit selbst etc. damit nicht korrigierbar sind.

Ein einfaches Verfahren zur Einstellung des Axialabstands der elektrischen Maschine ergibt sich dadurch, dass die elektrische Maschine gehalten wird, dass auf einen zumindest axial elastisch verformbaren Bereich des Gehäuses eine Kraft ausgeübt wird, so dass das Festlager mit der Welle in Richtung des Loslagers verschoben und das Geberrad vom Anschlag in Richtung des Festlagers gedrückt wird und dass die Kraft wieder weggenommen wird, wodurch der Axialabstand zwischen dem Sensor und dem Geberrad hergestellt wird.

Weiter umsetzen lässt sich dies, indem das Loslager in einem Flansch montiert wird und der Sensor in einer Elektrobaugruppe, die Elektrobaugruppe am Flansch befestigt wird, so dass eine erste Vormontagebaugruppe gebildet wird, die Welle mit dem Geberrad in das Gehäuse gefügt werden, so dass eine zweite Vormontagebaugruppe gebildet wird, beide Vormontagebaugruppen miteinander verbunden werden und das Geberrad am Anschlag anliegt.

Ist die Verformung des Gehäuses weggesteuert, so lässt sich das Verfahren einfach in der Großserienfertigung implementieren.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist eine Aufnahme für die elektrische Maschine, einen Stempel, der auf das Gehäuse einwirkt und die Kraft aufbringt, und eine Einrichtung zur Messung der Verschiebewegs des Gehäuses auf.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert Die einzige Figur zeigt einen EC-Motor im Längsschnitt auf eine Vorrichtung aufgespannt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Figur ist eine elektrische Maschine 10 gezeigt, bei der es sich vorzugsweise um einen elektronisch kommutierten Motor bzw. bürstenlosen Gleichstrom-Motor (DC- Motor) handelt. Die elektrische Maschine 10 ist Teil einer Antriebseinheit 12, die bevorzugt Verwendung in einem Kraftfahrzeug findet Die Antriebseinheit 12 ist ein Lenkantrieb, Fensterheber, Schiebdachantrieb, Triebstrangsteller oder dergleichen.

In einem topfförmigen Gehäuse 14 enthält die elektrische Maschine 10 einen, eine Wicklung 16 aufweisenden, Stator 18 und einen permanentmagnetisch erregten Rotor 20 zur Erzeugung des Abtriebs, wie beispielsweise des Drehmoments, zusammen mit dem Stator 18. Die Welle 22 des Rotors 20 ist in einem Loslager 24 und einem Festlager 26 gelagert, die beide vorzugsweise Wälzkörperlager sind, wobei das Loslager 24 auch als ein Gleitlager ausgeführt sein kann. Das Loslager 24 ist in einem Lagersitz 28 eines Flansche 30 angeordnet Aus dem Flansch ragt die Welle 22 nach außen. Der Flansch 30 dient femer dem Anflanschen der elektrischen Maschine 10 an ein Bauteil und schließt auch das Gehäuse 14 ab. Der Flansch 30 hat eine flache Topform, mit einem Boden 32, an dem der Lagersitz 28 ausgebildet ist, und mit einem Rand 34, der mit dem Gehäuse 14 verbunden ist. Die Verbindung kann mittels Schrauben, Kleben, Rollieren oder dergleichen erfolgen. Ausgehend vom Lagersitz 28 stehen Stege 36 ab, die einen Anschlag bilden. Die Stege 36 verlaufen im Wesentlichen parallel zur Welle 22 und weisen mit Anschlagflächen 38 in Richtung des Festlagers 26, das im topformigen Gehäuse 14 angeordnet ist. Die Anschlagflächen 38 verlaufen senkrecht zur Welle 22. Es kann auch ein einzelner beispielsweise ringförmiger Steg 36 vorgesehen sein, der stimseitig Ausnehmungen hat, die die Anschlagfläche 38 in mehrere Anschlagflächen 38 aufteilt Es sollte jedoch zumindest ein Steg 36 vorgesehen sein.

Ferner ist am Flansch 30 sowie zwischen diesem und dem Gehäuse 14 eine Elektrobaugruppe 40 vorgesehen. Die Elektrobaugruppe 40 umfasst ein in Kunststoff eingebettetes, nicht dargestelltes Stanzgitter, das den Stator 18 - gegebenenfalls über eine mit auf dem Stanzgitter angeordnete Steuerung - mit einer externen Spannungs ¬ versorgung verbindet. Es kann jedoch auch eine Verbindung mit einem externen Steuergerät vorgesehen sein. Auf der Elektrobaugruppe 40 ist ein vom Flansch 30 abgewandter Sensor 42 angeordnet, wobei es sich im vorliegenden Λusfiihrungsbeispiel vorzugsweise um einen Hallsensor handelt Der Sensor 42 ist auf einer Leiterplatte 44 montiert, die sich senkrecht zur Welle 22 erstreckt. Der Sensor 42 kann jedoch auch direkt auf dem Stanzgitter montiert sein.

Zwischen dem Sensor 42 bzw. der Elektrobaugruppe 40 und dem Stator 18 ist auf der Welle 22 ein Geberrad 46 befestigt, an dem der Sensor 42 axial ein Signal abgreift. Hierzu ist eine Stirnfläche 48 des Sensors 42 einer Ringfläche 50 an einer Stirnseite 52 des Geberrads 46 benachbart angeordnet. Die Ringfläche 50 ist an einem Magnetring 54 des Geberrads 46 ausgebildet Dadurch kann der Sensor 42 eine Drehung bzw. die Drehzahl der Welle 22 erfassen. Der Magnetring 54 sitzt auf einer Nabe 55, die beispielsweise aus Kunststoff hergestellt ist, angeordnet, die auf der Welle 22 Übermaß bzw. eine Presspassung hat, wobei aber dennoch unter Kraft ein axiales Verschieben des Geberrads 46 möglich ist Außer der Ringfläche 50 ist an der Stirnseite 52 des Geberrads 46 ebenfalls eine Anschlagfläche 56 vorgesehen, die vorzugsweise an der Nabe 55 ausgebildet ist Die Anschlagfläche 38 der Stege 36 und die Anschlagfläche 56 des Geberrads 46 sind einander zugewandt bzw. die Anschlagfläche 38 der Stege 36 weisen in Richtung des Geberrads 46. Sie haben den gleichen radialen Abstand zur Welle 22 und liegen in Umfangsrichtung der Welle 22 oder der elektrischen Maschine 10 gesehen an der jeweils gleichen Stelle, weshalb sie sich axial gegenüber liegen.

In Richtung des Festlagers 28 gesehen ist die Anschlagfläche 38 des Stegs 36 in Bezug auf die Anschlagsfläche 56 des Sensormagnets 54 so ausgelegt, dass sich beide gegenüberliegenden aktiven Oberflächen des Sensors 42 und des Geberrads 46 gerade nicht berühren bzw. einen Abstand im Bereich von wenigen zehntel Millimeter haben.

Im Boden 58 des topffδrmigen Gehäuses 14 ist ein Lagersitz 60 für das Fesüager 26 ausgebildet Um den Lagersitz 60 herum hat der Boden 58 einen scheibenförmigen Bereich 62, der axial elastisch verformbar ist. Die ringförmige Wand 64 des Gehäuses 14 ist hingegen bei einer axial einwirkenden Kraft wesentlich weniger elastisch.

Die elektrische Maschine 10 ist in eine nur andeutungsweise gezeigte Vorrichtung 66 gespannt Die Vorrichtung 66 hat eine Aufnahme 68 für die elektrische Maschine 10, wobei vorzugsweise der Flansch 30 in der Aufnahme 68 gespannt wird. Weiterhin ist ein ' Stempel 70 vorgesehen, der beispielsweise gegen den Lagersitz 30 presst und somit auf das Gehäuse 14 einwirkt bzw. eine Kraft aufbringt. Ferner ist eine Einrichtung 72 zur Messung der Verschiebewegs des Stempels 70 bzw. des Festlagers 26 vorgesehen, wodurch die Verschiebung weggesteuert ist.

Bevor die elektrische Maschine 10 auf die Vorrichtung 64 gespannt wird, wird das Loslager 24 in den Flansch 30 montiert. Der Sensor 42 wird auf der Elektrobaugruppe 40 angeordnet. Danach wird die Elektrobaugruppe 40 am Flansch 30 befestigt. Dadurch entsteht eine erste Vormontagebaugruppe. Die Welle 22 mit dem Geberrad 46 wird in das Gehäuse 14 gefügt, wodurch eine zweite Vormontagebaugruppe entsteht. Das Geberrad 46 wird dabei schon so auf die Welle 22 gesteckt, dass es beim Zusammenfügen die Stege 36 berührt. Dann werden die beiden Vormontagebaugruppen miteinander verspannt Dadurch stehen das Geberrad 46 und die Stege 36 unter einer Vorspannung. Es kann auch, wenn die beiden Vormontagebaugruppen miteinander verspannt werden, dazu kommen, dass das Geberrad 46 durch die Stege 36 in Richtung des Festlagers 26 verschoben wird. Wenn die elektrische Maschine 10 dann auf der Vorrichtung 66 gehalten wird, wird mit dem Stempel 70 auf den Lagersitz 60 gedrückt. Dadurch wird auf den axial elastisch verformbaren Bereich 62 des Gehäuses 14 eine Kraft ausgeübt, wodurch das Festlager 26 mit der Welle 22 in Richtung des Loslagers 24 verschoben wird. Das Geberrad 46 wird dabei von den Stegen 36 weiter in Richtung des Festlagers 26 gedrückt. Wenn die Kraft durch Zurückfahren des Stempels 70 weggenommen wird, federt der elastische Teil des Bodens 58 zurück, wodurch der Axialabstand zwischen dem Sensor 42 und dem Geberrad 46 hergestellt wird. Dadurch ist es möglich, den Abstand zwischen dem Sensor 42 und der Ringfläche 50 bzw. der Sensormagnetoberfläche so klein wie möglich zu halten.

Auf Grund der Prozesskosten in der Großserienfertigung werden Montagebaugruppen üblicherweise weggesteuert montiert. Demzufolge würden sich die Einzeltoleranzen der Bauteile beider Vormontagebaugruppen stark auf die Abstandstoleranz zwischen dem Sensor 42 und der Ringfläche 50 bzw. der Sensormagnetoberfläche auswirken. Durch die im Montageprozess verschiebbare zweite Vormontagebaugruppe (Geberrad 46 auf Rotor 20) wird die Toleranzkette vom Gehäuse 14 über die Festlagerung zum Geberrad 46 eliminiert. Der größte Toleranzeinfluss des Gesamtaufbaus resultiert nun nur noch aus dem maßlichen Aufbau zwischen der Stirnfläche des Sensors 42 auf der Elektrobaugruppe 40 und der Anschlagflächen 38 der Stege 36 am Flansch 30. Dieser kann jedoch durch eine angepasste Vermassungskette der Einzelteile auf ein Minimum beschränkt werden.

Der Toleranzaufbau der ersten Vormontagebaugruppe „Flansch 30 mit Elektrobaugruppe 40" ist so gewählt, dass die Anschlagflächen 38 der Stege 36 mindestens bis zur Stirnfläche 48 des Sensors 42 ragen, so dass ein axialer Montagedruck des Geberrads 46 über die Stege 36 zum Flansch 30 hin abgeleitet werden.

Die zweite Vormontagebaugruppe „Geberrad 46 mit Gehäuse 14, Rotor 20 und Stator 18" ist so aufgebaut, dass das Geberrad 46 beim Montageprozess durch die Stege 36 am Flansch 30 axial in Richtung Festlager 26 verschoben wird.

Natürlich können statt des einen gezeigten Sensors 42 auch mehrere Sensoren 42 vorgesehen sein.