DE4331803A1

DE4331803A1 - Elektronisch kommutierter Elektromotor

Info

Publication number: DE4331803A1
Application number: DE4331803A
Authority: DE
Inventors: Hermann Nusser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-09-18
Filing date: 1993-09-18
Publication date: 1995-03-23
Also published as: US5574323A; BR9403591A; KR950010298A; JPH07177702A; KR100319005B1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem elektronisch kommutierten Elektromotor nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Ein solcher, vorzugs weise dem Antrieb eines Kraftstofförderaggregates für Brennkraft maschinen dienender Elektromotor ist bereits aus der DE-PS 34 23 316 bekannt, bei der der Elektromotor fluchtend mit einer Kraftstofför derpumpe in ein gemeinsames Gehäuse eingesetzt ist und diese zum Zweck der Kraftstofförderung rotierend antreibt. Dabei hat der Elektromotor einen, einen Permanentmagnet tragenden Rotor, dessen Rotorwelle sich am Gehäuse abstützt. Den Rotor umgibt ein an der Ge häuseinnenwand angeordneter Stator, der mit Wicklungen versehene Statorblechpakete aufweist, deren Wicklungen über elektrische An schlüsse elektronisch gesteuert wechselseitig bestromt werden. Um eine sichere Verbindung zwischen dem Rotor und den darauf angeord neten einzelnen Permanentmagnetsegmenten, die während des Betriebes des Elektromotors infolge der hohen Drehzahlen einer hohen Radial kraft ausgesetzt sind zu erreichen, sind diese zu einem großen Teil mit Kunststoff umspritzt, was einen erheblichen Fertigungsaufwand zur Folge hat, wobei sich diese Verfahren insbesondere sehr schlecht automatisieren lassen.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Elektromotor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Verwendung von auf der Rotorwelle angeordneten Halteelementen eine einfache, leicht automatisierbare Fertigung des Rotors möglich ist, wobei die Halteelemente zugleich eine sichere Befestigung der ein zelnen Permanentmagnetsegmente und deren Fixierung auf der Rotor welle gewährleisten. Dabei ist die Ausführung der Halteelemente als symmetrische Halteklammern mit radial abführenden, abgewinkelten Fingern besonders vorteilhaft, da dies eine einfache Montage der einzelnen Magnetsegmente durch Aufschieben auf die Rotorwelle er möglicht, die dabei ohne Absätze und Einstiche ausgeführt ist. Die Halteklammern sind dabei während der Montage der einzelnen Rotor teile nicht vorgespannt und übernehmen zudem über das Zusammenwirken der Finger und der zugehörigen Ausnehmungen an den Magnetsegmenten des Magnetpakets des Rotors eine Zentrierung der einzelnen Magnet segmente des Permanentmagneten. Das Verspannen der Halteklammern ge genüber den Magnetsegmenten bzw. dem gesamten Rotor erfolgt in vor teilhafter Weise erst über das Aufbringen der zweiten, die Halte klammern axial fixierenden Ausgleichsscheibe, mittels der die Halte klammern in axiale Anlage an den Rotor gepreßt werden, wodurch die Krümmung der Flächen der Halteklammern derart überdrückt wird, das sie nun mit einer Vorspannung radial auf die Magnetsegmente wirken.

Dabei ist es besonders vorteilhaft die als Längsnuten ausgebildeten Ausnehmungen an den Magnetsegmenten so auszuführen, daß jeweils eine einen Finger der Halteklammern aufnehmende Längsnut durch zwei be nachbarte Magnetsegmente gebildet wird, da auf diese Weise jedes Segment an zwei Angriffsflächen und damit gleichmäßig geführt und gehalten wird.

Ein weiterer Vorteil wird durch die axiale Sicherung der Halte klammern mittels Ausgleichsscheiben erreicht, da diese zudem die Funktion des Auswuchtens des Rotors übernehmen können, indem an ihnen in einfacher Weise z. B. durch Bohrungen ggf. Material abge tragen werden kann.

Um die Festigkeit des Rotors im Bedarfsfall noch weiter erhöhen zu können, ist es weiterhin in vorteilhafter Weise möglich, eine dünn wandige Hülse über den Außendurchmesser des Rotors zu ziehen, die an ihren Enden gegen den Rotor verbördelt ist.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung des Ausführungsbeispiels, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Elektromotors zum An trieb eines Kraftstofförderaggregates ist in der Zeichnung darge stellt und wird im folgenden näher erläutert.

Es zeigen die Fig. 1 ein Kraftstofförderaggregat mit einem elektro nisch kommutierten Elektromotor, der eine Kraftstofförderpumpe an treibt, die Fig. 2 einen Schnitt durch den Rotor des Elektromotors der Fig. 1 in vergrößerter Darstellung, die Fig. 3 einen Schnitt durch den in der Fig. 2 gezeigten Rotor, die Fig. 4 eine Aus gleichsscheibe und die Fig. 5 und 6 die Halteklammer in zwei An sichten.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das in der Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Kraftstofförder aggregat zum Fördern von Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorrats behälter zu einer Brennkraftmaschine weist einen elektronisch kommu tierten Elektromotor 1 und eine von diesem angetriebene Förderpumpe 3 auf, die in einem gemeinsamen Gehäuse 5 angeordnet sind. Der Elek tromotor 1 weist in bekannter Weise einen im Gehäuse 5 gehaltenen Stator 7 mit einer mehrphasigen, wechselseitig bestromten Stator wicklung 9 und einen im Stator 7 umlaufenden Rotor 11 auf, der dreh fest auf einer im Gehäuse 5 gelagerten Rotorwelle 13 sitzt. Der Ro tor 11 des Elektromotors 1 ist auf seiner einen Stirnseite mittels eines Kupplungsteils 15 drehfest mit einem Förderrad 17 oder einem Förderflügel 17 der Förderpumpe 3 verbunden, das seinerseits eben falls auf der Rotorwelle 13 geführt und das zudem axial zwischen zwei im Gehäuse 5 gehaltenen Förderpumpenteilen angeordnet ist, die jeweils eine Durchflußöffnung für den Kraftstoff aufweisen, wobei das äußere Pumpenteil einen stirnseitig aus dem Gehäuse 5 vorstehen den Kraftstoffansaugstutzen 19 aufweist. Zum Kraftstoffaustritt des durch die Förderpumpe 3 geförderten, den Elektromotor 1 durchströ menden Kraftstoffes, weist das Förderaggregat an seiner der Förder pumpe 3 abgewandten Stirnseite einen Druckanschlußstutzen 21 auf, an den eine Kraftstofförderleitung angeschlossen ist und in den ein Rückschlagventil 23 integriert sein kann. Desweiteren führen von der pumpenfernen Stirnseite des Gehäuses 5 die mit der Statorwicklung 9 verbundenen Stromanschlüsse 25 ab, die andererseits mit einer nicht dargestellten elektronischen Kommutiereinrichtung verbindbar sind.

Die Erläuterung des erfindungswesentlichen Aufbaus des Rotors 11 des Elektromotors 1 soll anhand der in den Fig. 2 und 3 vergrößerten Schnittdarstellungen des Rotors 11 erfolgen. Der Rotor 11 weist da bei ein auf der Rotorwelle 13 angeordnetes hohlzylinderförmiges, aus einzelnen Blechen axial geschichtetes Lamellenpaket 27 auf, das als Träger für vier prismatische, einen Kreisring bildende Permanent magnetsegmente 29 dient, die an seinem Außenumfang anliegen und die somit ein Magnetpaket des Rotors bilden. Die Magnetsegmente 29 weisen beidseitig an ihren einander benachbarten Seiten Aus nehmungen in Form von Abstufungen auf, die so angeordnet sind, daß jeweils zwei benachbarte Magnetsegmente 29 an ihren einander zuge wandten Kanten eine gemeinsame Längsnut 31 bilden. Das Lamellenpaket 27 und die darauf angeordneten vier Magnetsegmente 29 werden axial jeweils von einem Halteelement in Form einer Halteklammer 33 fixiert, die ebenfalls auf der Rotorwelle 13 geführt sind und die ihrerseits auf der dem Lamellenpaket 27 abgewandten Seite jeweils von einer Ausgleichsscheibe 35, 37 axial beaufschlagt sind.

Zur Sicherung der radialen Anlage der Magnetsegmente 29 am Lamellen paket 27 weisen die Halteklammern 33 einen Aufbau auf, der den Fig. 5 und 6 entnehmbar ist. Die Halteklammern 33 sind dazu vor zugsweise als einstückiges Blechformteil ausgeführt, mit einem scheibenförmigen Grundkörper 41, der eine zentrische Bohrung 43 zur Führung auf der Rotorwelle 13 sowie vier im gleichen Abstand zuein ander radial abstehende und dann abgewinkelte Blechstreifen auf weist, die jeweils einen Haltefinger 45 bilden. Mit diesen Fingern 45, deren Breite dem Maß der Breite der Längsnuten 31 in den Magnet segmenten 29 entspricht, halten die Halteklammern 33 wenn sie auf die Rotorwelle 13 aufgeschoben werden und stirnseitig am Lamellen paket zur Anlage kommen, die Magnetsegmente 29 in radialer Anlage am Lamellenpaket 27, wobei ein den Grundkörper 41 radial verlängernder erster Fingerabschnitt 47 zusammen mit dem Grundkörper 41 die Magnetsegmente 29 axial und ein zweiter, in etwa rechtwinklig zum ersten abgewinkelter in die Längsnut 31 eingreifender Fingerab schnitt 49 die Magnetsegmente 29 radial sichert.

Um für eine einfache Montage des Rotors 11 eine radiale Anpreßkraft der Finger 45 auf die Magnetsegmente 29 erst nach der vollständigen Montage aller Bauteile zu erreichen, sind die Finger 45 der Halte klammern 33 derart gekrummt (z. B. mehr als 90° abgebogen), daß sie erst nach dem axialen Verspannen mittels der beiden Ausgleichs scheiben 35, 37 eine radiale Anpreßkraft auf die Magnetsegmente 29 ausüben. Dazu kann jeweils der erste Abschnitt 47 der Finger 45 eine Krümmung in der dem zweiten Abschnitt 49 bzw. den Magnetsegmenten 29 abgewandten Richtung aufweisen und der zweite Fingerabschnitt 49 ist in Richtung Grundkörper 41 gekrümmt.

Eine der den Rotor 11 auf der Rotorwelle 13 axial fixierenden und dessen Bauteile verspannenden Ausgleichsscheiben 35, 37 ist in der Fig. 4 vergrößert dargestellt. Dabei weist die Ausgleichsscheibe 35 Ausnehmungen 39 auf, die vorzugsweise als eine zentrische Führungs bohrung 38 schneidende Bohrungen ausgeführt sind und in die axial vorstehende Mitnahmeelemente 40 des Kupplungsteils 15 derart ein greifen, daß eine drehfeste, formschlüssige Verbindung zwischen der Ausgleichsscheibe 35 und dem Kupplungsteil 15 hergestellt ist, die ihrerseits drehfest mit dem in der Fig. 1 dargestellten rotierenden Teil 17 der Förderpumpe 3 verbunden ist. Der Außendurchmesser der Ausgleichsscheiben 35, 37 ist dabei wenigstens gleich groß dem Außendurchmesser der Halteklammern 33 dimensioniert.

Für eine hohe Sicherheit gegen ein Verschieben der einzelnen Perma nentmagnetsegmente 29 ist es zudem möglich eine dünnwandige Hülse 51 über den Außenumfang der Ausgleichsscheiben 35, 37 und der Magnet segmente 29 aufzuschieben und diese axial zu sichern, so daß der Rotor 11 an seinem gesamten Umfang abgeschlossen ist.

Die Montage des Rotors 11 des erfindungsgemäßen Elektromotors 1 er folgt in folgender Weise:

Zuerst wird die Ausgleichsscheibe 35 mittels der zentrischen Füh rungsbohrung 38 auf die Rotorwelle 13 aufgepreßt. Danach wird eine Halteklammer 33 derart auf die Rotorwelle 13 aufgeschoben, daß sie mit ihrem Grundkörper 41 an der Ausgleichsscheibe 35 anliegt, wobei der abgewinkelte Abschnitt 49 der Finger 45 in die der Ausgleichs scheibe 35 abgewandte Richtung weist. Im weiteren Verlauf werden nun das Lamellenpaket 27 und die vier Magnetsegmente 29 mit Spiel aufgeschoben, wobei die ungespannte Halteklammer 33 eine Vor zentrierung der Magnetsegmente 29 übernimmt. Danach wird die zweite Halteklammer 33 ebenfalls so auf die Rotorwelle 13 aufgeschoben, daß die Finger 45 in die Längsnuten 31 der Magnetsegmente 29 ragen. Das eigentliche Spannen der Halteklammern 33 erfolgt dann durch das Auf pressen der zweiten Ausgleichsscheibe 37, die dabei gegen die erste Ausgleichsscheibe 35 verspannt wird und so die Krümmung der Finger 45 beider Halteklammern 33 überdrückt, wodurch die abgewinkelten Fingerabschnitte 49 radial auf die Magnetsegmente 29 drücken und diese gegen das Lamellenpaket 27 verspannen. Nun ist es möglich, die mit großen Toleranzen behafteten Magnetsegmente 29 an ihrem radialen Außendurchmesser zu überschleifen.

Zum Schluß wird die dünnwandige Hülse 51 über den Außendurchmesser der Ausgleichsscheiben 35, 37 und der Magnetsegmente 29 gezogen und an den Ausgleichsscheiben verbördelt.

Um einen ruhigen Lauf des Rotors 11 zu gewährleisten wird dieser in montiertem Zustand ausgewuchtet, indem an den Ausgleichsscheiben 35, 37 Material z. B. durch Bohrungen abgetragen wird.

Es ist somit auf einfache Weise möglich, einen elektronisch kommu tierten Elektromotor zu fertigen, dessen Rotor eine hohe Sicherheit gegen ein Verschieben der einzelnen Bauteile gegeneinander auch bei hohen Drehzahlen und hohen Fliehkräften aufweist und dessen Ferti gung sich zudem gut automatisieren läßt.

Claims

1. Elektronisch kommutierter Elektromotor, insbesondere zum Antrieb einer Förderpumpe (3) eines Kraftstofförderaggregats für Brennkraft maschinen, mit einem im Gehäuse (5) angeordneten Stator (7), der mit Wicklungen (9) versehen ist, deren Anschlüsse (25) mit einer elek tronischen Kommutiereinrichtung verbindbar sind und mit einem ko axial zum Stator umlaufenden Rotor (11), der drehfest auf einer im Gehäuse (5) gelagerten Rotorwelle (13) angeordnet ist, wobei der Rotor (11) aus einem auf die Rotorwelle (13) aufgebrachtem und dort axial gesicherten Träger (27) gebildet ist, auf dessen Umfangsfläche mehrere Permanentmagnete angeordnet sind und mit einem drehschlüssig mit dem Rotor (11) verbundenen Kupplungsteil (15), das den Rotor (11) mit einem rotierenden Teil (17) der Förderpumpe (3) verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete zusammen einen den Träger (27) des Rotors (11) umgebenden Kreisring bilden, der vor zugsweise vier Magnetsegmente (29) aufweist, die mittels zweier, den Rotor (11) axial begrenzender und auf der Rotorwelle (13) geführter Halteelemente in Anlage an der radialen Umfangsfläche des Trägers (27) gehalten werden, wozu die Halteelemente jeweils mehrere, der Anzahl der Magnetsegmente (29) entsprechende und die Magnetsegmente (29) im wesentlichen parallel zu deren Umfangsfläche umfassende Finger (45) aufweisen, mit denen sie in Ausnehmungen der Magnet segmente (29) ragen.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente jeweils als einstückige Halteklammer (33) ausgeführt sind, mit einem scheibenförmigen Grundkörper (41), in dem eine dem Durchmesser der Rotorwelle (13) entsprechende Bohrung (43) ange ordnet ist und von dem die als abgewinkelte Blechstreifen ausgebil deten Finger (45), die zur Rotorachse hin umgebogen sind, radial ab führen, wobei die Finger (45) vorzugsweise den gleichen Abstand zu einander aufweisen.

3. Elektromotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden im wesentlichen rechtwinklig zueinander verlaufenden Finger abschnitte (47, 49) derart gekrümmt sind, daß sie nach einem axialen Verspannen der Halteklammern (33), bei Anlage des Grundkörpers (41) an der Stirnseite des Trägers (27) radial einwärts gegen die Magnet segmente (29) gepreßt werden.

4. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Finger (45) der Halteklammern (33) in Ausnehmungen an den Magnet segmenten (29) eingreifen.

5. Elektromotor nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen aus beidseitig an der Längsseite der Magnetsegmente (29) vorgesehenen Abstufungen bestehen, die zusammen mit der je weiligen Abstufung des benachbarten Magnetsegmentes (29) eine Längs nut (31) bilden.

6. Elektromotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Träger (27) abgewandten axialen Stirnseite des Grundkörpers (41) der Halteklammern (33) jeweils eine Ausgleichsscheibe (35, 37) an liegt, die mittels einer Führungsbohrung (38) auf der Rotorwelle (13) geführt ist und in ihrer axialen Lage fixierbar ist und über die die Halteklammern (33) axial gegen Träger (27) und Magnet segmente (29) verspannbar sind, wobei der Außendurchmesser der Aus gleichsscheiben (35, 37) wenigstens gleich groß der radialen Er streckung der Halteklammern (33) und der Magnetsegmente (29) ist.

7. Elektromotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsscheibe (35) von ihrer Führungsbohrung (38) ausgehende Ausnehmungen (39) aufweist, in die das Kupplungsteil (15) zwischen Rotor (11) und Förderpumpe (3) formschlüssig mit axial vom Kupp lungsteil (15) verstehenden Mitnahmeelementen (40) eingreift.

8. Elektromotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (39) in der Ausgleichsscheibe (35) als Bohrungen ausge führt sind.

9. Elektromotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsteil (15) aus Kunststoff ausgeführt und mittels einer axialen Durchgangsbohrung auf der Rotorwelle (13) geführt ist und auf seiner der Ausgleichsscheibe (35) abgewandten Stirnseite dreh schlüssig mit einem rotierenden Teil (17) der Förderpumpe (3) ver bunden ist.

10. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünnwandige Hülse (51) die radiale Umfangsfläche der Permanent magneten umschließt.

11. Elektromotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der Träger (27) des Rotors (11) als ein aus ein zelnen Blechen axial geschichtetes Lamellenpaket ausgeführt ist.