DE19900559C1 - Elektromotor und Verwendung eines Elektromotors - Google Patents

Abstract

Bei einem Elektromotor mit einem auf einer Welle (5) angeordneten Rotor (3) und einem Stator (2) hat die Welle (5) ein Teilstück (18) mit einer hohen Wärmemittelfähigkeit und ein Teilstück (1) mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit. Hierdurch wird in dem Elektromotor erzeugte Betriebswärme in eine Richtung abgeleitet und ein Wärmestau in dem Elektromotor vermieden. Der Elektromotor läßt sich zudem besonders kostengünstig fertigen. Hierdurch eignet sich der Elektromotor insbesondere für den Einsatz in einer elektrischen Lenkhilfe eines Kraftfahrzeuges.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Gehäuse zur Halterung eines Stators und mit einem drehbar in dem Gehäuse gelagerten Rotor, wo­ bei der Rotor drehfest mit einer Welle verbunden ist und das Gehäuse an seinen Stirnseiten jeweils ein Lager für die Welle aufweist, wobei die Welle ein Teilstück mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit umfaßt. Weiterhin betrifft die Erfindung vorteilhafte Verwendungen eines solchen Elektromotors.

Solche Elektromotoren werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen zur Steige­ rung des Komforts häufig eingesetzt und sind damit bekannt. Hierbei wird der Elektromotor meist unterhalb von Verkleidungen wie beispielsweise einer Türverkleidung des Kraftfahrzeuges montiert. Im Betrieb entwickelt der Elek­ tromotor jedoch Wärme, die, um ein Absinken des Wirkungsgrades des Elektromotors zu vermeiden, aus dem Gehäuse abgeführt werden muß. Die Wärme entsteht hauptsächlich im Bereich einer Spulen/Magnetanordnung des Stators und des Rotors. Das Gehäuse ist zur Ableitung der Wärme in der Regel aus Blech und die Welle aus Metall gefertigt.

Nachteilig bei dem bekannten Elektromotor ist, daß er die Wärme meist an dem nach außerhalb des Kraftfahrzeuges beispielsweise zu einem Getriebe geführten Wellenende wesentlich besser ableiten kann als an seinem ge­ genüberliegenden Ende. Zur Vermeidung des Absinkens des Wirkungsgra­ des und unnötig hoher Lagertemperaturen muß das dem Getriebe gegen­ überliegende Ende des Gehäuses aufwendig wärmeableitend gestaltet sein. Zur Wärmeableitung kann dieses Ende des bekannten Elektromotors ein Lagerschild aus Aluminium aufweisen.

Aus der DE-PS 7 16 266 ist eine Einrichtung zum Abführen von Wärme aus dem Rotorkern eines Elektromotors bekannt, bei der zwischen der Welle und dem die Wicklung tragenden Kern des Rotors eine Schicht von größerer spezifischer Wärmeleitfähigkeit als sie Eisen oder Stahl besitzt vorgesehen ist, welche außerhalb des Rotors mit einem Ventilator versehen ist. Weiterhin ist aus der AT-PS 15 18 91 eine Einrichtung für elektrische Maschinen zur Sicherung der Lager gegen unzulässige Erwärmung bekannt, bei der die ei­ ner stärkeren Erwärmung unterworfenen Läuferteile durch Wärmebrücken mit dem die Wärme an die Außenluft abgebenden Maschinengehäuse ver­ bunden sind. In der DE 197 14 784 ist ein Kompaktantrieb mit einem Motor beschrieben, wobei ein Frequenzumrichter an einer Stirnseite des Motors und ein Getriebe an der anderen Stirnseite des Motors angeordnet sind, wo­ bei über das Frequenzumrichtergehäuse und/oder eine Basisplatte des Ge­ triebes Wärme nach außen ableitbar ist. Die DE 28 56 310 nennt schließlich eine elektrische Maschine mit einem eine Wicklung und einen Komutator aufweisenden Läufer, bei dem auf der Welle des Läufers ein die Komutator­ lamellen tragender Isolierstoffring angeordnet ist.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Elektromotor der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß er besonders kostengünstig herstellbar ist und innerhalb des Gehäuses eine möglichst geringe Temperatur aufweist. Weiterhin soll eine vorteilhafte Verwendung eines solchen Elektromotors ge­ schaffen werden.

Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Welle im Bereich eines der Lager ein Teilstück mit einer hohen Wärmeleitfä­ higkeit und im Bereich des zweiten Lagers ein Teilstück mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit aufweist.

Durch diese Gestaltung läßt sich durch eine entsprechende Anordnung der Teilstücke die Aufheizung eines der Lager vermeiden. Von dem zweiten La­ ger wird die Wärme meist ohnehin über ein mit dem Getriebe zu verschrau­ bendes Lagerschild abgeleitet. Hierdurch läßt sich die Temperatur innerhalb des Gehäuses besonders gering halten, so daß der erfindungsgemäße Elektromotor einen besonders hohen Wirkungsgrad aufweist. Da das auf der Seite des Teilstücks mit der geringen Wärmeleitfähigkeit angeordnete Lager nur geringfügig aufgeheizt wird, ist eine aufwendige Ableitung der Wärme aus diesem Bereich nicht erforderlich. Der erfindungsgemäße Elektromotor läßt sich daher besonders kostengünstig fertigen.

Der Rotor hat häufig eine Wicklung und einen Kollektor zur Versorgung der Wicklung mit elektrischem Strom. Die Temperatur innerhalb des Gehäuses läßt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders gering halten, wenn das die niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisende Teilstück der Welle im Bereich eines den Rotor mit elektrischem Strom versorgenden Kollektors angeordnet ist.

Die Wärme läßt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Er­ findung besonders einfach aus dem Elektromotor ableiten, wenn das die hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisende Teilstück der Welle im Bereich eines aus Me­ tall gefertigten und zur Befestigung an angrenzenden Bauteilen vorgesehenen Lagerschildes angeordnet ist. Hierbei wird in dem unterhalb einer Verkleidung des Kraftfahrzeuges montierten Elektromotor die Wärme über die mit dem Elektromotor verbundenen Bauteile abgeleitet. Hierdurch wird ein Wärmestau unterhalb der Verkleidung zuverlässig vermieden.

Zur weiteren Verringerung der Temperatur innerhalb des erfindungsgemäßen Elektromotors trägt es bei, wenn das zur Befestigung an angrenzenden Bau­ teilen vorgesehene Lagerschild aus Aluminium gefertigt ist.

Die Welle gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung konstruktiv besonders einfach, wenn die beiden Teilstücke der Welle jeweils aus einem Material mit einer entsprechenden Wärmeleitfähigkeit gefer­ tigt sind.

Die beiden Teilstücke könnten beispielsweise miteinander verschraubt werden. Hierbei sind sehr viele kostenintensive Arbeitsschritte erforderlich. Die Welle läßt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung in großen Stückzahlen besonders kostengünstig fertigen, wenn die beiden Teil­ stücke stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

Die Welle kann gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten aufweisen, wenn sie aus ei­ nem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit gefertigt ist und wenn das die niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisende Teilstück eine Isolation aufweist. Da hierbei die Teilstücke miteinander verschweißt oder verlötet werden müssen, lassen sich nahezu beliebige Materialien einsetzen. Die Isolation kann bei­ spielsweise als das Ende der aus Metall gefertigten Welle umschließende Kunststoffhülse gestaltet sein.

Zur weiteren Verringerung der Fertigungskosten für den erfindungsgemäßen Elektromotor trägt es bei, wenn der das schlechtleitende Teilstück der Welle lagernde Bereich des Gehäuses aus Kunststoff gefertigt ist.

Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung einer vorteilhaften Ver­ wendung eines solchen Elektromotors, wird erfindungsgemäß gelöst als Antrieb für eine elektrische Lenkhilfe eines Kraftfahrzeuges oder auch für einen varai­ blen Ventiltrieb für die Ventile (insbesondere die Einlaßventile) einer Brenn­ kraftmaschine. Elektromotoren für elektrische Lenkhilfen werden meist unter­ halb von Verkleidungen und für variable Ventiltriebe im Motorraum unter der Motorhaube von Fahrzeugen (wodurch es zu Wärmestauungen kommt) ange­ ordnet und benötigen eine gleichbleibende Leistungsabgabe, die dank der Er­ findung nicht durch einen Wärmestau beeinträchtigt wird. Da die Wärme aus dem Elektromotor zuverlässig abgeleitet wird, hat er einen gleichbleibenden Wirkungsgrad und daher eine gleichbleibende Leistungsabgabe.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutli­ chung ihres Grundprinzips sind zwei davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.

Diese zeigt in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungs­ gemäßen Elektromotor,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Elektromotors im Längsschnitt.

Die Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Elektromotor mit einem in einem Gehäuse 1 befestigten Stator 2 und mit einem drehbar in dem Gehäuse 1 ge­ lagerten Rotor 3. Der Stator 2 hat an dem Gehäuse 1 befestigte Magnetschalen 4. Der Rotor 3 hat eine Welle 5 und einen darauf befestigten Rotorkern 6 zur Halterung von Spulen 7. Die Spulen 7 werden über einen Kollektor 8 mit elek­ trischem Strom versorgt. Ein Ende der Welle 5 ragt aus dem Gehäuse 1 her­ aus. An diesem Ende läßt sich beispielsweise ein nicht dargestelltes Getriebe eines Lenkkraftverstärkers oder eines Fensterhebers eines Kraftfahrzeuges anschließen. Das Gehäuse 1 hat einen Mantel 9 aus Blech und im Bereich des aus dem Gehäuse 1 herausgeführten Endes der Welle 5 ein Lagerschild 10 aus Aluminium. Das Lagerschild 10, das auch Bestandteil des Gehäuses sein kann, ist flanschartig gestaltet und dient zur Verschraubung des erfindungsge­ mäßen Elektromotors mit ebenfalls nicht dargestellten angrenzenden Bauteilen des Kraftfahrzeuges. Auf der dem herausgeführten Ende der Welle 5 gegen­ überliegenden Seite hat das Gehäuse 1 ein Lagerschild 11 aus Kunststoff. Die Lagerschilde 10, 11 tragen jeweils ein Lager 12, 13 für die Welle 5. Das aus Kunststoff gefertigte Lagerschild 11 dient zur Halterung von Schächten 14, 15 für Kohlebürsten 16, 17. Bei einer Drehung des Rotors 3 gleiten die Kohlebür­ sten 16, 17 über den Kollektor 8 und versorgen diesen mit elektrischem Strom.

Das dem Lagerschild 10 aus Aluminium zugewandte Ende der Welle 5 hat ein Teilstück 18 mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit. An diesem Teilstück 18 schließt sich ein in dem Lagerschild 11 aus Kunststoff gelagertes Teilstück 19 mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit an. Hierdurch wird verhindert, daß im Bereich der Spulen 7 und der Magnetschalen 4 erzeugte Wärme sich im Be­ reich des Kollektors 8 aufstaut. Die Wärme wird vielmehr über den aus Blech gefertigten Mantel 9 des Gehäuses 1 und über das aus Aluminium gefertigte Lagerschild 10 abgeleitet. Deshalb hat der erfindungsgemäße Elektromotor eine weitestgehende gleichbleibende Leistungsabgabe und einen konstanten Wirkungsgrad. Die beiden Teilstücke 18, 19 der Welle sind miteinander stoff­ schlüssig, beispielsweise durch Reibschweißen, verbunden.

Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elek­ tromotors. Der Elektromotor unterscheidet sich von dem aus Fig. 1 dadurch, daß der Rotor 3 auf einer stufenförmigen Welle 20 befestigt ist. Der durchmes­ sergroße Bereich der Welle 20 ist als Teilstück 21 mit einer hohen Wärmeleit­ fähigkeit ausgebildet. Der durchmesserkleine Bereich der Welle 20 bildet ein Teilstück 22 mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit an seiner Oberfläche. Die niedrige Wärmeleitfähigkeit wird durch die hülsenförmige Isolation 23 erreicht.

Claims (10)

1. Elektromotor mit einem Gehäuse zur Halterung eines Stators und mit ei­ nem drehbar in dem Gehäuse gelagerten Rotor, wobei der Rotor drehfest mit einer Welle verbunden ist und das Gehäuse an seinen Stirnseiten je­ weils ein Lager für die Welle aufweist, wobei die Welle ein Teilstück mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (5, 20) im Bereich eines der Lager (12) das Teilstück (18, 21) mit der hohen Wärmeleitfähigkeit und im Bereich des zweiten Lagers (13) ein Teilstück (19, 22) mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit aufweist.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisende Teilstück (19, 22) der Welle (5, 20) im Bereich eines den Rotor (3) mit elektrischem Strom versorgenden Kollektors (8) angeordnet ist.

3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisende Teilstück (18, 21) der Welle (5, 20) im Bereich eines aus Metall gefertigten und zur Befestigung an an­ grenzenden Bauteilen vorgesehenen Lagerschildes (10) angeordnet ist.

4. Elektromotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Befestigung an angrenzenden Bauteilen vorgesehene Lagerschild (10) aus Aluminium gefertigt ist.

5. Elektromotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilstücke (18, 19) der Welle (5) jeweils aus einem Material mit einer entsprechenden Wärmeleitfähig­ keit gefertigt sind.

6. Elektromotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilstücke (18, 19) stoffschlüs­ sig miteinander verbunden sind.

7. Elektromotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (20) aus einem Material mit ei­ ner hohen Wärmeleitfähigkeit gefertigt ist und daß das die niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisende Teilstück (22) eine Isolation (23) auf­ weist.

8. Elektromotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der das schlechtleitende Teilstück der Welle (5, 20) lagernde Bereich des Gehäuses (1) aus Kunststoff gefertigt ist.

9. Verwendung eines Elektromotors nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche als Antrieb für eine elektrische Lenkhilfe eines Kraft­ fahrzeuges.

10. Verwendung eines Elektromotors nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche als Antrieb für einen variablen Ventiltrieb zur Ver­ stellung von Ventilen einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeuges.