AT522208A1 - Elektrische Maschine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit einer Steuerungs- oder Regelungseinheit und einem fluidischen Aktuator (1), wobei die Steuerungs- oder Regelungseinheit für eine Steuerung oder Regelung des Aktuators (1) vorgesehen ist. Um günstige Konstruktionsbedingungen zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass die Steuerungs- oder Regelungseinheit eine mit einer wärmeleitfähigen Vergussmasse (2) umgossene Trägerplatte (3) aufweist, wobei die Steuerungs- oder Regelungseinheit im Bereich der Vergussmasse (2) eine mit Fluid gefüllte Kammer (4) des Aktuators (1) kontaktiert. Dadurch kann auf separate Kühlvorrichtungen in der Steuerungs- oder Regelungseinheit verzichtet werden.
Description
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Elektrische Maschine
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einer Steuerungs- oder Regelungseinheit und einem £fluidischen Aktuator, wobei die Steuerungs- oder Regelungseinheit für
eine Steuerung oder Regelung des Aktuators vorgesehen ist.
Insbesondere in der Fahrzeugelektronik besteht häufig die Notwendigkeit, Geräte mit Steuerelektronik in einen Motor, in ein Getriebe, in eine Pumpe oder in Fahrwerkskomponenten etc. zu integrieren, um begrenzte Einbauräume möglichst gut zu nutzen und um Leitungswege kurz zu halten. Von beispielsweise mit Transistoren bestückten Trägerplatten abgegebene Wärme muss dabei effektiv abgeführt werden, um Schäden der Geräte
und eine verminderte Lebensdauer zu vermeiden.
Aus dem Stand der Technik ist die EP 2 429 273 A2 bekannt, in der eine Kühlvorrichtung für ein elektrisches Gerät beschrieben wird. Auf einer Trägerplatte ist eine elektronische Schaltung angeordnet. Zylindrische Anpress-Dome kontaktieren Verlustleistung erzeugende Elemente mechanisch und thermisch. Die Anpress-Dome sind zwischen Gehäuseinnenwänden und den Verlustleistung erzeugenden Elementen vorgesehen und pressen die Trägerplatte an eine Innenseite eines als Kühlkörper ausgeführten Gehäusedeckels. Über diesen Gehäusedeckel wird Wärme von den Verlustleistung
erzeugenden Elementen an eine Umgebung abgeleitet.
Weiterhin zeigt die WO 2018/114349 Al ein Gehäuse für eine elektrische Maschine, in dem eine Trägerplatte mit einer
umlaufend darauf angeordneten Kühlvorrichtung vorgesehen ist.
Diese Ansätze weisen in ihren bekannten Formen den Nachteil auf, dass für das elektrische Gerät und die elektrische Maschine bzw. zur Kühlung elektronischer Bauteile dedizierte Kühlvorrichtungen eingesetzt sind, für welche entsprechender
Bauraum vorgesehen sein muss.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelte, kompakte elektrische Maschine mit effektiv, Jedoch ohne Zusatzeinrichtungen
gekühlten Elektronikkomponenten anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst mit einer elektrischen Maschine der eingangs genannten Art, bei der die Steuerungs- oder Regelungseinheit eine mit einer wärmeleitfähigen Vergussmasse umgossene Trägerplatte aufweist, wobei die Steuerungs- oder Regelungseinheit im Bereich der Vergussmasse eine mit Fluid gefüllte Kammer des Aktuators kontaktiert.
Dadurch, dass die Trägerplatte von der Vergussmasse umgeben ist, erfolgt ein Wärmeübergang von Verlustleistung erzeugenden Bestückungselementen der Trägerplatte unmittelbar in die Vergussmasse. Da die Steuerungs- oder Regelungseinheit die mit Fluid gefüllte Kammer des Aktuators im Bereich der Vergussmasse kontaktiert, wird an die Vergussmasse übertragene Wärme an das Fluid abgegeben. Somit werden die Bestückungselemente der Trägerplatte bzw. die Steuerungsoder Regelungseinheit effektiv gekühlt. Auf eigene, beispielsweise auf der Trägerplatte angeordnete Kühlvorrichtungen kann verzichtet werden, wodurch Bauraum eingespart und Bauteilmassen reduziert werden können. Aufgrund der Vergussmasse wird darüber hinaus ein vorteilhafter Schutz der Trägerplatte und ihrer Bestückungselemente vor Umgebungseinflüssen (z.B. vor eindringenden Substanzen) und Belastungen (z.B. vor Stößen) bewirkt.
Es ist günstig, wenn die Vergussmasse in Polyurethan mit einer Shore-A-Härte im Bereich zwischen 48 und 53 ausgebildet ist.
Durch diese Maßnahme sind die Trägerplatte und deren Bestückungselemente besonders dicht von der Vergussmasse
umschlossen, d.h. besonders effektiv von Umgebungseinflüssen
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abgeschirmt. Weiterhin bewirkt ein Einsatz von Polyurethan
eine geringe Bauteilmasse.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung erhält man, wenn die Vergussmasse in ein erstes Gehäuse der Steuerungs- oder Regelungseinheit eingegossen ist, welches auf einer Seite mittels einer Platte abgeschlossen ist, wobei die Platte an ein zweites Gehäuse des Aktuators angrenzt.
Durch diese Maßnahme wird eine kompakte Ausführung der Maschine erzielt. Auf eine Verlegung von Kabeln zwischen der Steuerungs- oder Regelungseinheit und dem Aktuator kann
verzichtet werden.
Eine günstige Lösung wird erreicht, wenn die Vergussmasse in ein erstes Gehäuse der Steuerungs- oder Regelungseinheit eingegossen ist, wobei die Vergussmasse an ein zweites Gehäuse des Aktuators angrenzt.
Durch diese Maßnahme wird eine besonders effektive Kühlung der Steuerungs- oder Regelungseinheit erzielt, da Wärme von der Vergussmasse unmittelbar an das zweite Gehäuse bzw. die
mit Fluid gefüllte Kammer des Aktuators abgegeben wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt beispielhaft: Fig. 1: Einen schematischen Seitenriss einer
erfindungsgemäßen Maschine in geschnittener
Darstellung.
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Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine in geschnittener Darstellung.
Eine als elektronischer Regler 5 ausgebildete Steuerungsoder Regelungseinheit weist eine Trägerplatte 3 auf, welche, von einer wärmeleitfähigen Vergussmasse 2 aus Polyurethan vollständig umgossen, in einem ersten Gehäuse 8, welches in mit Glasfasern verstärktem Polyamid ausgebildet ist, angeordnet ist.
Auf der Trägerplatte 3 sind ein erstes Bestückungselement 11, welches als Drucksensor ausgebildet ist, sowie ein zweites Bestückungselement 12, ein drittes Bestückungselement 13 und ein viertes Bestückungselement 14 vorgesehen, welche von der Vergussmasse 2 ummantelt sind. Das erste Bestückungselement 11 ist auf einer Unterseite 15 der Trägerplatte 3, das zweite Bestückungselement 12, das dritte Bestückungselement 13 und das vierte Bestückungselement 14 auf einer Oberseite 16 der Trägerplatte 3 angeordnet. Die Trägerplatte 3 ist also beidseitig bestückt.
Das erste Gehäuse 8 und die Trägerplatte 3 sind zylindrisch ausgeführt. Das erste Gehäuse 8 ist stirnseitig mittels einer eingesetzten Platte 10 abgeschlossen. Die Platte 10 ist mit dem ersten Gehäuse 8 verklemmt.
Die Vergussmasse 2 füllt einen von dem ersten Gehäuse 8 und der Platte 10 gebildeten Gehäuseinnenraum vollständig aus. Das Polyurethan der Vergussmasse 2 weist eine Shore-A-Härte im Bereich zwischen 48 bis 53, eine Wärmeleitfähigkeit von 0,97 W/mK und eine Glastemperatur von ca. -60 °C auf. Die elektrische Maschine kann daher in einem großen Temperaturbereich eingesetzt werden.
Bei einer Ausführung der Vergussmasse 2 in Polyurethan handelt es sich um eine günstige Lösung. Erfindungsgemäß ist es jedoch auch vorstellbar, die Vergussmasse 2 in Silikon mit einer Shore-A-Härte im Bereich zwischen 45 und 55 auszubilden, wodurch mit der Ausführung in Polyurethan vergleichbare Eigenschaften der Vergussmasse 2 erreicht
werden.
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Im Bereich der Oberseite 16 der Trägerplatte 3 ist ein als erster Silber-Kontaktstift ausgebildeter erster Kontakt 6 mit der Trägerplatte 3 verbunden und ragt aus dem ersten Gehäuse 8 heraus. Über diesen ersten Kontakt 6 sowie in Fig. 1 nicht sichtbare weitere Kontakte, die ebenfalls als SilberKontaktstifte ausgeführt sind, im Bereich der Oberseite 16 mit der Trägerplatte 3 verbunden sind und aus dem ersten Gehäuse 8 herausragen, ist die Trägerplatte 3 mit einer nicht
dargestellten Stromversorgung verbunden.
Im Bereich der Unterseite 15 der Trägerplatte 3 sind ein als zweiter Silber-Kontaktstift ausgeführter zweiter Kontakt 7 sowie in Fig. 1 nicht sichtbare, als weitere SilberKontaktstifte ausgebildete weitere Kontakte mit der Trägerplatte 3 verbunden.
Über den zweiten Kontakt 7 und die im Bereich der Unterseite 15 der Trägerplatte 3 angeordneten weiteren Kontakte ist der Regler 5 mit einem Motor 17 eines als Hydraulikaktuator ausgebildeten fluidischen Aktuators 1 verbunden.
Der Regler 5 ist über eine Klemmverbindung mit dem Aktuator 1 verbunden. Erfindungsgemäß ist es Jedoch auch vorstellbar, Schraubenverbindungen zwischen dem Regler 5 und dem Aktuator 1l vorzusehen.
Der erste Kontakt 6, der zweite Kontakt 7 und die weiteren Kontakte sind teilweise von der Vergussmasse 2 ummantelt. Zwischen dem zweiten Kontakt 7 und dem Motor 17 ist ein erster Leitungsweg 18 vorgesehen, zwischen den im Bereich der Unterseite 15 der Trägerplatte 3 angeordneten weiteren Kontakten nicht sichtbare weitere Leitungswege.
Der erste Leitungsweg 18 und die weiteren Leitungswege sind innerhalb des Aktuators 1, in einem Ringteil 19 des Aktuators 1l angeordnet. Zwischen dem Regler 5 und dem Aktuator 1 verlaufende Kabel sind nicht erforderlich.
Der Aktuator 1 bzw. dessen Ringteil 19 ist bündig an die Steuerungs- oder Regelungseinheit angeschlossen bzw. schließt
bündig mit dem ersten Gehäuse 8 ab.
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Der Motor 17 ist als bürstenloser Gleichstrom-Elektromotor mit einem ringförmigen Stator 20 und einem Rotor 21 ausgebildet. Der Stator 20 ist in dem Ringteil 19 des Aktuators 1 vorgesehen. Über den Stator 20 bzw. dessen Verbindung mit dem Regler 5 wird der Rotor 21, welcher drehbar, aber unverschieblich in dem Aktuator 1 gelagert ist, angetrieben.
Drehbewegungen des Rotors 21 werden auf einen spindelförmigen Abschnitt einer Kolbenstange 22 übertragen, wodurch die Kolbenstange 22 und ein mit dieser verbundener Kolben 23 Translationsbewegungen in Richtung einer Längsachse 24 ausführen.
Die Kolbenstange 22 und der Kolben 23 sind in einem Zylinder 25 des Aktuators 1 vorgesehen, welcher von dem Ringteil 19 ummantelt ist. Die Kolbenstange 22 ist über ein nicht gezeigtes Lager in dem Zylinder 25 gelagert und geführt, so dass sie Rotations- und Translationsbewegungen ausführen kann.
Zwischen der Kolbenstange 22 und dem Zylinder 25 ist eine ebenfalls nicht dargestellte erste Dichtung vorgesehen, um ein Eindringen von Feuchtigkeit und Partikeln etc. in den
Zylinder 25 zu verhindern.
Eine Kammer 4, welche von dem beweglichen Kolben 23 und dem Zylinder 25 gebildet ist, ist mit einem Hydraulikfluid gefüllt. Der Zylinder 25 fungiert daher als zweites Gehäuse 9 in Bezug auf dieses Hydraulikfluid.
Die Kammer 4 bzw. das zweite Gehäuse 9 grenzt unmittelbar an die Platte 10 des Reglers 5. Die Steuerungs- oder Regelungseinheit kontaktiert die Kammer 4 im Bereich der Vergussmasse 2.
Dadurch wird von der Trägerplatte 3 bzw. dem ersten Bestückungselement 11, dem zweiten Bestückungselement 12, dem dritten Bestückungselement 13 und/oder dem vierten Bestückungselement 14 in die Vergussmasse 2 übertragene Wärme von der Vergussmasse 2 über die Platte 10 in die Kammer 4, d.h. an das Hydraulikfluid abgeführt.
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Erfindungsgemäß ist es auch möglich, auf die Platte 10 zu verzichten, wodurch die Vergussmasse 2 unmittelbar an die
Kammer 4 angrenzt.
Die Kammer 4 ist über eine erste Hydraulikleitung 26 mit einem nicht gezeigten Hydraulikbehälter verbunden, d.h. über diesen Hydraulikbehälter mit Hydraulikfluid versorgt.
Über eine zweite Hydraulikleitung 27 ist die Kammer 4 mit einem ebenfalls nicht dargestellten hydraulischen Teleskopstoßdämpfer eines Kraftfahrzeugs verbunden. Mittels des Kolbens 23 bzw. eines Drucks des Hydraulikfluids wird eine Dämpfungswirkung des Teleskopstoßdämpfers eingestellt. Hierzu wird mittels des Drucksensors bzw. des ersten Bestückungselements 11, dessen Messsonde in die Kammer 4 ragt, laufend der Druck in der Kammer 4 gemessen.
Zwischen dem ersten Bestückungselement 11 und dem Zylinder 25 ist eine nicht dargestellte zweite Dichtung vorgesehen, um eine Benetzung der Vergussmasse 2 mit Hydraulikfluid zu verhindern.
Mittels des Reglers 5 erfolgt laufend ein Abgleich des gemessenen Drucks mit einem definierten Soll-Druck. Auf Basis einer Differenz zwischen dem gemessenen Druck und dem SollDruck wird der Motor 17 von dem Regler 5 über entsprechende Spannungsvorgaben an den Stator 20 geregelt, d.h. der Motor 17 wird ein- oder ausgeschaltet oder es wird eine Drehzahl des Rotors 21 eingestellt, um mittels entsprechender Kolbenstellungen und -Bewegungen den Soll-Druck in dem Hydraulikfluid bzw. in dem Teleskopstoßdämpfer zu erreichen
bzw. zu halten.
Bei der Ausführung des Aktuators 1 als Hydraulikaktuator handelt es sich um eine günstige Lösung. Erfindungsgemäß ist es jedoch auch denkbar, den Aktuator 1 beispielsweise als Pneumatikaktuator auszubilden und diesen zur Einstellung von Bremszylinderdrücken in einer Drehgestellbremse eines
Schienenfahrzeugs einzusetzen.
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Weiterhin ist es vorstellbar, dass die Steuerungs- oder Regelungseinheit nicht als Regler 5, sondern als Steuereinheit, d.h. ohne Messungen einer zu steuernden Größe mittels eines Sensors bzw. ohne Rückwirkung dieser Größe auf eine Stellgröße, einzusetzen. Beispielsweise kann die Steuereinheit in einer hydraulischen Spanneinrichtung
eingesetzt sein.
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Liste der Bezeichnungen
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Aktuator
Vergussmasse
Trägerplatte
Kammer
Regler
Erster Kontakt
Zweiter Kontakt
Erstes Gehäuse
Zweites Gehäuse
Platte
Erstes Bestückungselement Zweites Bestückungselement Drittes Bestückungselement Viertes Bestückungselement Unterseite
Oberseite
Motor
Erster Leitungsweg Ringteil
Stator
Rotor
Kolbenstange
Kolben
Längsachse
Zylinder
Erste Hydraulikleitung Zweite Hydraulikleitung
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Claims (12)
1. Elektrische Maschine mit einer Steuerungs- oder Regelungseinheit und einem fluidischen Aktuator, wobei die Steuerungs- oder Regelungseinheit für eine Steuerung oder Regelung des Aktuators vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerungs- oder Regelungseinheit eine mit einer wärmeleitfähigen Vergussmasse (2) umgossene Trägerplatte (3) aufweist, wobei die Steuerungs- oder Regelungseinheit im Bereich der Vergussmasse (2) eine mit Fluid gefüllte Kammer (4) des Aktuators (1) kontaktiert.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse (2) in Polyurethan mit einer Shore-A-Härte im Bereich zwischen 48 und 53 ausgebildet
ist.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse (2) in Silikon mit einer Shore-A-Härte im Bereich zwischen 45 und 55 ausgeführt
ist.
4. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (3) beidseitig bestückt ist.
5. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- oder Regelungseinheit als Regler (5) ausgebildet ist und einen auf
der Trägerplatte (3) angeordneten Sensor aufweist.
6. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (1) als
Hydraulikaktuator ausgebildet ist.
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7. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (1) als
Pneumatikaktuator ausgebildet ist.
8. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- oder Regelungseinheit über zumindest einen elektrischen Kontakt
mit dem Aktuator (1) verbunden ist.
9. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse (2) in ein erstes Gehäuse (8) der Steuerungs- oder Regelungseinheit eingegossen ist, welches auf einer Seite mittels einer Platte (10) abgeschlossen ist, wobei die Platte (10) an ein zweites
Gehäuse (9) des Aktuators (1) angrenzt.
10. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse (2) in ein erstes Gehäuse (8) der Steuerungs- oder Regelungseinheit eingegossen ist, wobei die Vergussmasse (2) an ein zweites
Gehäuse (9) des Aktuators (1) angrenzt.
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