CN111886785B - 电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动机(2)，其包括基础电机模块(3)和插头模块(4、5、6)，所述插头模块以电气和机械方式连接至所述基础电机模块并且设计为电子模块。所述电子模块包括电力电子系统、驱动器电子系统和控制电子系统，其中所述电子模块和所述基础电机模块(3)各自经由一条热路径(A、B)驱散热量，其中所述热路径(A、B)彼此分离。本发明进一步涉及一种电动机布置并且还涉及一种用于电动机的构造套件。

Description

电动机
技术领域
本发明涉及一种电动机，其适用于电动凸轮轴调节器或内燃机活塞行程调节机构。
背景技术
例如在DE 10 2013 212 933 B3中已知一种用于电动凸轮轴调节器的电动机。这种电动机包括由金属制成的第一罐(pot)状壳体部件和由塑料制成的第二壳体部件，该第二壳体部件密封第一壳体部件，其中第一滚动轴承布置在第一壳体部件中并且第二滚动轴承布置在第二壳体部件中。在此，将布置在第一罐状壳体部件中的滚动轴承设计为固定轴承。轴密封件位于滚动轴承面向壳体内部的一侧。
在US 8,220,426 B2中公开了另一种电动凸轮轴调节器的电动机。同样在这种情况下，电动机的电机轴借由两个滚动轴承(即，滚珠轴承)支撑。
例如在专利DE 10 2013 212 933 B3和US 8,220,426 B2中已知用于此类应用的电动机。在这两个公开文件中，描述了用于调节凸轮轴的电动机，该电动机适用于汽车内燃机。为了能够实现所期望的控制功能，需要在外部布置控制电子系统。因此，如果与电动机配套的额外控制单元搭配合适的电缆使用，则这样的电动机只能在内燃机中使用。可替换地，可将这项功能添加到电机控制单元。在这两种情况中的每一种下，使用电动机都需要额外的努力。
例如US 2016/359 434A1则更进一步。在此描述了一种带有集成驱动器桥的电动机，即，将电力电子设备嵌入电动机中。但是，仍然需要额外的外部控制单元，其包含热敏控制电子系统，例如微处理器。
发明内容
本发明的目的是进一步发展适用于凸轮轴调节器的电动机，以这种方式使控制电子系统和电动机形成一个单元。
根据本发明，这一目的通过具有基础电机模块和插头模块的电动机来实现。所述插头模块以电气和机械方式与所述基础电机模块连接并且设计为电子模块，其中，所述电子模块包括电力电子系统、驱动器电子系统和控制电子系统，其中，所述电子模块和所述基础电机模块分别分别经由热路径B和热路径A驱散热量，其中，所述热路径A和热路径B彼此分离，其中，所述基础电机模块经由热路径A驱散热量，其中所述热量经由导热板传导至散热器中，其中，所述电子模块包括电子壳体并且经由热路径B驱散热量，其中，所述热路径B经由所述电子壳体延行到周围成为散热器，其中，所述导热板设计为法兰板的一部分，所述法兰板与所述电动机和所述基础电机模块形成压配合。
相应地，该电动机具有基础电机模块和以电气和机械方式连接至所述基础电机模块并且设计为电子模块的插头模块。电子模块包括电力电子系统、驱动器电子系统和控制电子系统，其中，电子模块和基础电机模块各自经由一条热路径驱散热量，其中热路径彼此分离。通过分离热路径，基础电机模块和电子模块的余热可分别传导至周围的散热器内。来自电动机的余热可例如释放到电机座或其他的周围部件。因此，温度与油温对应。来自电子模块的余热可散发到周围。
在一个有利的实施例中，基础电机模块经由热路径A驱散热量，其中热量经由导热板传导至散热器中。经由导热板，可扩大接触面并促进驱散热量。
在一个有利的实施例中，导热板由平面构成，并且适于与相邻于电动机的部件接触并形成散热器。相邻部件可以是控制变速箱盖。
在一个有利的实施例中，相邻部件具有平坦的相对表面。以这种方式，可优化部件之间的导热率。
在一个有利的实施例中，导热板构造为法兰板的一部分，该法兰板与基础电机和基础电机模块形成压配合。因此，基础电机模块包括基础电机和法兰板。法兰板适用于将基础电机模块附接至周围部件，并且适用于在基础电机和相邻部件之间形成热传导路径。
在一个有利的实施例中，电子模块包括电子壳体并且经由热路径B驱散热量，其中热路径B经由电子壳体延行到周围成为散热器。热路径A和B可以以这种方式分离，借此防止电子模块过热。
可通过绝缘空间将两条热路径彼此分离以实现热路径的进一步分离，其中绝缘空间形成于基础电机模块和电子模块之间。
在一个有利的实施例中，基础电机模块包括壳体罐(housing pot)、定子和转子，该转子借由滚动轴承安装在壳体罐中并且插入插头模块中。可通过在模块的轴向方向上将模块连结在一起以形成连接，通过这种连接在插头模块和基础电机模块之间形成电子连接。在进一步的发展中，插头模块包括与转子相互作用的传感器板。在进一步的发展中，将插头模块和基础电机模块之间的电子连接形成为绝缘位移连接。
所述目的通过用于内燃机的可变气门机构的电动机布置来进一步实现，其中所述布置具有两个电动机并且两个电动机中的至少一个根据上述任何一个实施例而设计。这两个电动机在主从操作中相互连接。以这种方式，如果其中一个电机控制装置发生故障，则可实现故障安全功能，使得一个电动机也可接管另一个电动机的控制。此外，考虑到成本原因，可以设想只为其中一个电动机装备控制单元。
所述目的通过构造套件来进一步实现，其包括电动机的模块，特别是一致的基础电机模块和各种插头模块，所述各个插头模块可与基础电机模块组合并且按照传感器系统和控制电子系统彼此区分，其中基础电机模块和各个插头模块形成绝缘位移连接的各部分，这可通过在基础电机模块的轴向方向上连结各个模块来完成。
附图说明
下文借助附图更详细地描述了本发明的一个示例性实施例。在附图中：
图1示出了电动机装配组，该电动机由基础电机模块和各种插头模块形成。
图2示出了具有基础模块和电子模块或插头模块的电动机的图示。
图3示出了具有两条独立热路径的电动机的剖面图。
图4示出了具有两条热路径的电动机在连结两个模块之前的剖面图。
具体实施方式
图1示出了构造套件，其通常由附图标号1标出，适用于构造各种电动机2。正如原理上从所提及现有技术中已知的那样，电动机2用于机电凸轮轴调节器。
构造套件1由基础电机模块3和各个插头模块4、5、6组成。电动机2的所有核心功能都在基础电机模块3中实现。基础电机模块3和完整电动机2的结构可参见图3。基础电机模块3的壳体7构造成金属片制成的壳体罐。
图2示出了在连结配置中的电动机2的结构。所示基础电机模块3具有法兰板8，该法兰板可接触到电机固定部件。由于平面接触，电动机2所产生的热量可得以散发。用于控制电动机2的电力和控制电子系统位于电子模块4、5、6中。
图3示出了所述结构的剖面图。热路径A用虚线表示，热路径B用实线表示。可以清楚地看到，热路径借助于气腔9彼此分开延行。
总体上，基础电机模块3构造为内转子，其中具有可予以通电的绕组的定子11与固定在轴14(即，电机轴)上的转子13配合工作。转子13具有罐(pot)的形状，其朝向壳体基座开口。因此，由附图标号15标注的转子基座面向基础电机模块3的端面，该端面背向壳体基座。这是基础电机模块3的端面，该基础电机模块将连接至插头模块4、5、6中的一个，如下文将进行的更为详细的解释。转子装备永磁体16。总体上，基础电机模块3起到无刷直流电机功能。永磁体16嵌入转子13的空心圆柱形部分中，该空心圆柱形部分连接至转子基座15并且滑过环形肩部，即，与后者在轴向方向上重叠。
来自电力电子系统的余热和来自电机绕组的余热通过单独的热路径A、B来驱散。来自电动机2的余热大多驱散在螺纹定位主体中，并且来自电力电子系统的余热经由上游散热器驱散到周围。
因此，具有集成控制和驱动器电子系统的构造套件1在仅仅一个结构单元中具有两条单独的散热路径A和B。这使得可以在高温下操作电动机2并且仍然可以集成电机控制和电机驱动器台的热敏感电子系统。
通过系统的模块化实现简单组装，在所述系统中，基础电机插入到具有可变形状的法兰板8中。电子模块4、5、6单独装配。基础电机模块和电子模块的“密切结合”仅在最后的装配步骤发生。
这使得电机控制装置和电机驱动器以具有电动机2的构造套件1的形式，组合在一个结构单元中。这种解决方案设计用于高温和由于确保冷却而产生于车辆内燃机的机械载荷。所述系统可集成在具有很小开发和安装空间的车辆中并且可用于自动计算电动机2的全部所需控制变量。
为了使来自电动机线圈的余热不对控制和驱动器电子系统产生任何额外的热载荷，可将电动机2(热源A)压入法兰板8中并且通过气腔9而与控制板10热分离。法兰板8可安装在螺纹定位面上的大片区域内，例如安装在内燃机上，所以螺纹定位面代表了用于热源A的散热器。因此，热路径A相应地从线圈延伸通过定子绝缘件和定子叠片铁芯11，经由电机壳体进入法兰板8并且随后进入散热器，即螺纹定位面(见图3)。电机壳体和法兰板8优选由钢制成，以确保即使在高温波动情况下也能实现稳定的压配合。此外，压配合用于在大片区域内将电机壳体连接至法兰板8。在连结压配合时，将表面压平可以增加实际接触面积并因此改善两个连结配对件之间的热传导。
热路径A可通过绝缘的气腔9从电力电子系统热分离。控制板上电子部件的功率损耗产生的余热代表热源B。这经由第二热路径B散发到一个更大的热容中，电子壳体12中以及最终驱散到环境中(见图3)。电子壳体12由一种非常好的导热材料(优选铝)构成，并且可以快速吸收电子部件中突然产生的余热并经由大尺寸的粗糙表面驱散到周围。为了更好地将余热引入热容，优选用导热膏将具有特别高功率损耗的部件连接至电子壳体12。此外，板的空区域也优选连接至具有导热膏的电子壳体12，以更好地驱散热量。此外，在大片表面区域使用导热膏以用于抑制耦合至电动机2中的内燃机发生振动。
控制电子系统(特别地例如微处理器)对热敏感，并且必须有足够的保护以防止外热输入并且其自身的余热必须散去。两个热源A和B的散热经由热路径A和B(见图3)分离，使得这个机电系统即使在高温环境下也能运作。控制板10上至少安装一个微控制器，用于为电机驱动器产生控制信号。微控制器将馈入的目标值处理成电机驱动器所需的控制变量和控制信号。后者针对电动机2的各个相位供电。在板上还有信号滤波电路和保护电路，以及选用的传感器系统。
根据目前的现有技术，焊接或钎焊技术主要用于在电机相位和供应线路之间建立电子连接。所提出的概念运用绝缘位移触点来接触线圈导线并且运用压配合技术来连接至控制板10。这两种技术都能产生永久的预应力接触，这种预应力接触提供更高的振动阻力并且通过简单的机械连结过程产生。插头模块4、5、6的插头中的接触销也借助压配合连接而接触到控制板，以达到此处的高振动阻力。
图4示出了模块化结构，由此可以实现共同部件策略。装配可以分为两个平行的预装链。插头模块4、5、6由插头连接器、电子壳体12和控制板10构成，所述插头模块是单独构成的，并且因此可以根据安装空间的几何结构和插头连接器类型的选择而变化(见图4)。具有电动机定子11、转子13的电动机和具有输出元件的输出轴14可平行预装(见图4)。随后，电动机2被压入法兰板8中，所述法兰板描绘了螺纹定位的几何结构并在所谓的“密切结合”期间最终安装在插头模块4、5、6(电子模块)上，其中，同时建立电机相位和控制板10之间的电子接触。当使用共同部件原则时(通过使用标准化的基础电机)，这种结构提供了灵活性(螺纹定位几何结构、壳体和插头接口)。
如果第二个结构相同或相似的电动机2用于例如V形发动机或进气和排气凸轮轴，所述系统可以在主从操作中相互连接。一个系统接管控制变量的计算并且控制其自身作为主系统并控制第二电动机作为从系统。
此外，还有一种可能的操作模式，在这种模式下，使用两个相同的电动机，所述两个相同的电动机相互监测以实现正常功能。在发生故障时，完好无损的系统可以在故障系统重新启动时暂时控制另一个出现故障的电动机。因此，它们借助简单冗余来相互确保各自的操作。
附图标记说明
1 构造套件
2 电动机
3 基础电机模块
4 插头模块
5 插头模块
6 插头模块
7 壳体
8 法兰板
9 作为绝缘空间的气腔
10 控制板
11 定子叠片铁芯
12 电子壳体
13 转子
14 输出轴
15 转子基座
16 永磁体
17 导热板

Claims (7)

1.一种具有基础电机模块(3)和插头模块(4、5、6)的电动机(2)，所述插头模块以电气和机械方式与所述基础电机模块连接并且设计为电子模块，其中，所述电子模块包括电力电子系统、驱动器电子系统和控制电子系统，其中，所述电子模块和所述基础电机模块(3)分别经由热路径B和热路径A驱散热量，其中，所述热路径A和热路径B彼此分离，其中，所述基础电机模块(3)经由热路径A驱散热量，其中，所述热量经由导热板(17)传导至散热器中，其中，所述导热板(17)设计为法兰板(8)的一部分，所述法兰板与所述电动机(2)和所述基础电机模块(3)形成压配合，其中，所述电子模块包括电子壳体(12)并且经由所述热路径B驱散热量，其中，所述热路径B经由所述电子壳体(12)延行到周围成为散热器。
2.根据权利要求1所述的电动机(2)，其特征在于，所述导热板(17)由平面构成并且适于与相邻于所述电动机(2)的部件接触并形成所述散热器。
3.根据权利要求2所述的电动机(2)，其特征在于，所述部件具有平坦的相对表面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电动机，其特征在于，通过绝缘空间使所述热路径A和所述热路径B彼此分离延行，其中所述绝缘空间形成于所述基础电机模块(3)和所述电子模块之间。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电动机(2)，其特征在于，所述基础电机模块(3)包括壳体罐、定子和转子(13)，所述转子借由滚动轴承安装在所述壳体罐中并且插入所述插头模块(4、5、6)中，并且其中可通过在模块的轴向方向上将所述模块连结在一起以形成连接，通过所述连接在所述插头模块(4、5、6)和所述基础电机模块(3)之间提供电子连接。
6.一种用于内燃机的可变气门机构的电动机布置，其中所述布置具有两个电动机(2)，并且其中所述两个电动机(2)中的至少一个电动机是根据权利要求1至5中任一项所述的电动机，其特征在于，所述两个电动机(2)在主从操作中相互连接。
7.一种构造套件，其包括根据权利要求1至5中任一项所述的电动机(2)的模块，即一致的基础电机模块(3)和各种插头模块，所述插头模块可与所述基础电机模块组合并且根据传感器系统和控制电子系统彼此区分，其中所述基础电机模块(3)和各个插头模块(4、5、6)形成绝缘位移连接的各部分，这可通过在所述基础电机模块(3)的轴向方向上连结各个模块来完成。
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