DE10004310A1

DE10004310A1 - Stanzgitter mit integriertem Hall-Sensor für Drehzahlabgriff

Info

Publication number: DE10004310A1
Application number: DE2000104310
Authority: DE
Inventors: Martin Wiesler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-02-01
Filing date: 2000-02-01
Publication date: 2001-08-09
Also published as: EP1216496A1; WO2001057990A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch betriebenen Motor (1) mit einer Welle (4), deren Drehzahl mittels eines dieser zugeordneten Hall-Sensors (10) abgreifbar ist. Der Hall-Sensor (10) ist an einem Trägerelement (13) aufgenommen, welches an einem Bauteil (8) des elektrisch betriebenen Motors (1) befestigt ist. Am Trägerelement (13) sind elektrische Leiter ausgebildet und dieses ist mit elektrischen Bauteilen (15, 16, 19, 24) bestückt. Das Trägerelement (13) ist als Stanzitter ausgebildet, auf dem zumindest ein Hall-IC (19) zum Drehzahlabgriff der Welle (4) integriert ist.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stanzgitter mit integriertem Hall-Sensor für einen Drehzahlabgriff an einem Elektromotor beispielsweise an einem Gleichstrommotor mit Kommutator. In einem Motorgehäuse ist ein in zwei Drehrichtungen antreibbarer Rotor mit einer Rotorwelle aufgenommen. Solche Elektromotoren werden insbesondere als Antriebsmotoren für Fensterheber, Schiebedachbetätigung, Sitzverstellung und Spiegelverstellung in Kraftfahrzeugen verwendet, bei Anwendungen, in denen kleinste und leichteste Bauformen von Elektroantrieben gefordert sind.

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik sind Elektromotoren mit Drehzahlabgriffen und Hall- Sensoren bekannt. Bei elektrisch betriebenen Motoren mit einer einen Magnetläuferkörper aufnehmenden Welle wird dessen Drehzahl von einem auf einer Leiterplatte angeordneten Hall-Sensor abgegriffen. Die Leiterplatte ist mit Lötstiften oder Kontaktstiften ausgeführt im Einbauteil des Motors integriert. Kontakte, Versorgungs- und Signalleitungen für die Leiterplatte sind in dem Bauteil des Motors eingespritzt und/oder eingesteckt. Bei dieser Lösung wird eine Leiterplatte eingesetzt, die als Träger fungiert und auf der Leiterbahnen samt Kontakte aufgenommen sind. Mit der Fertigung der Leiterplatte sind einerseits zusätzliche Kosten verbunden, andererseits beansprucht die Leiterplatte ohnehin knappen Bauraum innerhalb des Gleichstromelektromotors, wodurch die Außenabmessungen einer solcher Art beschaffenen Gleichstrommotors ungünstig beeinflußt werden.

Darstellung der Erfindung

Mit der erfindungsgemäßen Lösung läßt sich die Größe eines Elektromotors weiter herabsetzen und der Gleichstrommotor wesentlich preisgünstiger fertigen. Die Leiterplatte, bisher versehen mit in separaten Fertigungsschritten aufgebrachten Leiterbahnen, Kontakten und Bauelementen wird durch ein einziges gestanztes Blechteil ersetzt. Das gestanzte Blechteil dient gleichzeitig als Trägermaterial und als elektrischer Leiter, wodurch das Erfordernis des Aufbringens von Kontakten und Leiterbahnen, wie dies bei konventionell bestückten Leiterplatten erforderlich ist, entfallen kann. Die entsprechend des Verlaufes elektrischer Verbindungen in Stanzgitter nach Ausstanzen nicht benötigter Bereiche verbleibenden Brückenstege machen das Aufbringen elektrischer Leiterbahnen wie bei Leiterplatten aus Pertinax oder ähnlichem Trägermaterial überflüssig.

Durch das Fehlen von Leiterbahnen und Kontakten sowie Lötstiften läßt sich die Bautiefe eines ein Hall-Elementes aufnehmenden Trägerelementes drastisch reduzieren. Mit dem Ausstanzen nicht benötigten Partien aus dem Blechteil geht einerseits eine weitere Gewichtsreduktion einher, ferner läßt die Verwendung eines dünnen Blechteiles eine Vielzahl auch komplizierter Geometrien zu, mit denen ein Hall-IC möglichst nah an der Rotorwelle eines Elektromotors positioniert werden kann, deren Drehzahl abzugreifen ist. Andererseits kann das verwendete Stanzgitter mit weiteren Baugruppen erforderlichenfalls Kondensatoren und weiteren Widerständen sehr einfach bestückt werden.

Nachdem die elektronischen Bauteile auf dem zu konfigurierenden Stanzgitterteil bestückt sind, kann sehr einfach die elektrische Trennung bzw. die Ausbildung von elektrischen Verbindungen durch Ausstanzungen am Gitter aus der Grundplatte vorgenommen werden. Bis zur dadurch erfolgenden elektrischen Trennung der Bauteile bildet das Stanzgitter ein - durchaus auch in mehreren Ebenen - verlaufendes Bauteil, welches konventionelle Leiterplatten in Elektromotoren zu ersetzen vermag. Ein extrem dünnes Blechteil wie das erfindungsgemäße Stanzgitter kann sehr einfach an Elektromotoren ausgetauscht werden und stellt nur einen geringen erforderlichen Änderungsaufwand dar.

Durch Verwendung eines Stanzgitters lassen sich Probleme wie gebrochene Löt- und Leiterkontaktstellen aufgrund von Erschütterungen an einem Gleichstromelektromotor vermeiden. Dem Stanzgitter selbst wohnt eine ausreichende Flexibilität inne, die Erschütterungen aufnehmen und dissipieren kann, da durch die ausgestanzten Bereiche die als elektrische Verbindungen fungierende Stege in ausreichendem Maße schwingfähig bleiben.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend detaillierter erläutert:

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Gleichstrommotor mit Kommutator,

Fig. 2 die Draufsicht auf ein Stanzgitter mit Hall-Element, Kondensator und Widerständen bestückt und

Fig. 3 die Seitenansicht eines Stanzgitterbauteiles gemäß Fig. 2.

Ausführungsvarianten

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein Gleichstromelektromotor mit Kommutator wiedergegeben.

Gleichstrom-Elektromotoren werden in Kraftfahrzeugen insbesondere als Antriebe für Fensterheber, Schiebedachbetätigungen, die Sitzverstellung sowie die Rückspiegelverstellung verwendet. Für diese Einsatzzwecke werden Elektromotoren benötigt, die eine besonders leichte und kleine Bauform aufweisen. Der Elektromotor 1 ist in axialer Richtung von einer Welle 4 durchsetzt, die von zwei voneinander beabstandeten Lagern 6, 7 abgestützt ist. Auf der Abtriebsseite der Welle 4 befindet sich ein Zahnrad 5, welches als Schnecke ausgebildet sein kann, die mit einem Schneckenrad zusammenarbeitet, welches jedoch hier nicht dargestellt ist. Das Zahnrad 5 als Abtriebselement kann daneben auch als Kegelrad, gerad- oder schrägverzahntes Stirnrad oder ähnliches Antriebselement ausgebildet sein oder auch eine Riemenscheibe oder dergleichen als Transmissionselement für die vom Elektromotor als erzeugte Drehbewegung aufnehmen.

Zwischen den Lagern 6 und 7 ist ein mit beispielsweise acht Nuten versehenes Ankerpaket einer Ankerwicklung auf der Welle 4 aufgenommen, die von zwei innerhalb des Motorgehäuses 3 des Elektromotors 1 aufgenommenen Permanentmagneten umschlossen ist. Die Wicklungen der einzelnen Ankerpakete sind mit voneinander isolierten Bereichen des Kommutators 2 verbunden, der seinerseits von einem Bürstenhalter 8 umschlossen ist. Im Bürstenhalter 8 sind einzelne Bürsten federnd am voneinander isolierten Bereich des Kommutators 2 angestellt.

Zur Ermittlung der Drehzahl des Elektromotors 1 ist der Welle 4 im Bereich eines Magnetläuferkörpers ein Hall-Sensor 10 zugeordnet, der sich in bevorzugter Ausführungsweise parallel zur Achse der Welle 4 erstreckt. Der Hall-Sensor 10 befindet sich bevorzugt in einem nur geringen Abstand zum Magnetläuferkörper der Welle 4, der beispielsweise durch eine Preßpassung auf die Welle 4 des Elektromotors aufgeschrumpft sein kann.

Am Elektromotor 1 ist das Lager 7 bevorzugt als ein Kalottenlager ausgebildet, welches von einem einstückig ausgebildeten Bauteil umschlossen ist, bestehend aus dem bereits angesprochenen Bürstenhalter 8 einerseits und andererseits dem Lagerdeckel 9.

Die Spannungsversorgung des elektrisch betriebenen Motors 1 gemäß Fig. 1 erfolgt über einen Stecker 11 über Leistungskontakte 12, die ebenfalls im Bürstenhalter 8 aufgenommen sind. Die im Bürstenhalter 8 aufgenommenen Bürsten, die an die einzelnen, voneinander elektrisch isolierten Bereiche des Kommutators 2 angestellt sind, sind durch nicht näher dargestellte Federelemente an die voneinander isolierten Bereiche des Kommutators angestellt, um eine Verbindung zu erzeugen, die so bemessen ist, daß einerseits das Motormoment durch Reibung durch die Bürsten nicht unzulässig stark reduziert wird, andererseits aber eine einwandfreie elektrische Verbindung zwischen dem Kommutator 2 und den Bürsten gewährleistet ist.

Fig. 2 zeigt die Draufsicht auf ein als Trägerelement dienendes Stanzgitter mit einem Hall-IC als Hall-Element.

Das in der Draufsicht dargestellte Stanzgitter 13, welches bereits mit Ausstanzungen 17 versehen ist, wird mittels des SMD-Verfahrens mit Widerständen 15, 16 oder Kondensatoren 24 oder eines oder mehrere Hall-IC's 19 bestückt, wobei die Freistanzung an Position 18 später erfolgt. Das noch nicht mit Ausstanzungen 17 versehene Stanzgitter 13 ist noch in eine Grundplatte 14 integriert, von der es weitestgehend umschlossen ist. Die Grundplatte 14 ist ein Blechteil einer Materialstärke von nur wenigen Zehntel mm, auf dessen Oberfläche die einzelnen elektrischen Bauelemente 15, 16, 19 und 24 aufgebracht werden.

Abhängig vom Verlauf der erforderlichen elektrischen Verbindungen auf dem Stanzgitter 13, werden in der Regel vorher aber je nach Ausführung ist auch denkbar nach der Verbindung der elektrischen Bauteile 15, 16, 19 und 24 mit dem Stanzgitter 13 die Ausstanzungen 17 vorgenommen, so daß einzelne elektrische Verbindungen am Stanzgitter 13 erzeugt werden. Der zusätzliche, bei der Herstellung von Leiterplatten notwendige Arbeitsschritt des Einzuges von Leiterbahnen durch Galvanisierung oder mittels eines anderes Verfahren zur Herstellung von Leiterbahnen kann vollständig entfallen. Die elektrische Trennung der einzelnen Bauelemente 15, 16, 19 und 24 voneinander wird durch die Ausstanzungen 17 realisiert; dazu werden die einzelnen Leiterbahnen über die abzustanzenden Brückenstege 18 vom Zusammenhang getrennt. Durch die dünne Materialstärke des Stanzgitters 13 aus Blech und die vorgenommenen Ausstanzungen 17 zwischen den Brückenstegen 18 sind die einzelnen Leiterbahnen bzw. die Befestigung zum Bürstenhalter oder der Aufnahme schwingfähig auszubilden, so daß Erschütterungen durch Schwingungen absorbiert werden, so daß kein Lötstellenbruch zu erwarten steht und das Stanzgitter 13 erschütterungsbeständig ist.

Das elektrische Bauelemente wie beispielsweise Widerstände 15, 16, Hall-IC's 19 oder gegebenenfalls Kondensatoren 19 und Transistoren aufnehmende Stanzgitter 13 kann in einfacher Weise am Bürstenhalter 8 des Elektromotors 1 befestigt werden. Mittels eines Federclips 22 (vergleiche Fig. 3) oder eines Schnappverschlusses ohne eine ähnliche, eine einfache Austauschbarkeit ermöglichenden Verbindung, läßt sich das in SMD-Technik bestückte Stanzgitter 13 bauraumsparend innerhalb Motorgehäuse 3 des Elektromotors 1 unterbringen.

Die Bauraumersparnis beim Einsatz eines erfindungsgemäßen Stanzgitters 13 resultiert einerseits daraus, daß das Stanzgitter 13 gleichzeitig als extrem flaches Trägermaterial fungiert und andererseits keine Kontakt- und Lötstifte mehr erforderlich sind. Kontakte und Lötstifte, mit dem gängige konventionelle Leiterplatten in der Regel ausgestattet sind, stehen über die Oberseite der Leiterplatten hervor und benötigen Platz. Das bevorzugt als Blechteil gefertigte Stanzgitter 13 fungiert gleichzeitig als elektrisch leitendes Material und als Trägermaterial für die aufzunehmenden Bauelemente 15, 16, 19 bzw. 24. Das Abtrennen der Brückenstege 18 erzeugt einerseits ein Ablösen von der Trägerplatte 14 und eine Trennung elektrischer Verbindungen. Die elektrische Verbindung verläuft nur noch über die aufzubringenden Bauteile 15, 16, 19 bzw. 24.

Fig. 3 zeigt die Seitenansicht eines Stanzgitters gemäß der Darstellung in Fig. 2.

Das Stanzgitter 13 kann beispielsweise durch einen Knick 23 in eine erste Ebene 20 sowie eine dazu versetzt verlaufende zweite Ebene 21 unterteilt sein. Mittels eines Federclips 22 oder dergleichen läßt sich das mit Widerständen 15 oder 16 oder einem Hall-IC 19 oder auch mit einem Kondensator 24 in SMD-Technik bestückte Stanzgitter 13 an einem Bauteil 8 wie beispielsweise dem Bürstenhalter 8 eines Elektromotors 1 lösbar befestigen. Durch die lösbare Befestigung mittels des Federclips 22 ist das Stanzgitter 13 einfach gegen ein Stanzgitter 13 mit anderer Bestückung mit elektrischen Bauelementen austauschbar. Mittels beispielsweise eines Knickes 23 wie in Fig. 3 dargestellt oder auch einer T- förmigen Konfiguration oder einer U-förmigen Profilierung des Stanzgitters 13 kann dieses an den jeweils im Inneren des Elektromotors 1 zur Verfügung stehenden Bauraum in optimaler Weise angepaßt werden. Bevorzugt ist dabei das Hall-IC 19 am Stanzgitter 13 so aufgenommen, daß dieses sich parallel zur Achse der Welle 2 erstreckt und in nur geringem Abstand von einem an der Welle 4 aufgenommenen Magnetläuferkörper angeordnet ist, so daß ein optimaler Drehzahlabgriff an der Welle 4 des Elektromotors 1 möglich ist.

Bezugszeichenliste

1

Elektromotor

2

Kommutator

3

Motorgehäuse

4

Welle

5

Zahnrad

6

Lager

7

Kalottenlager

8

Bürstenhalter

9

Lagerdeckel

10

Hall-Sensor

11

Stecker

12

Kontakte

13

Stanzgitter

14

Grundplatte

15

Widerstand

16

Widerstand

17

Ausstanzung

18

Brückenstege

19

Hall-IC

20

erste Ebene

21

zweite Ebene

22

Federclip

23

Knick

24

Kondensator

Claims

1. Elektrisch betriebener Motor (1) mit einer Welle (4), deren Drehzahl mittels eines dieser zugeordneten Hall-Sensors (10) abgreifbar ist, der an einem Trägerelement (13) aufgenommen ist, welches an einem Bauteil (8) des elektrisch betriebenen Motors (1) befestigt ist und am Trägerelement (13) elektrische Leiter (18) ausgebildet und das Trägerelement (13) mit elektrischen Bauteilen (15, 16, 24) bestückbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (13) als Stanzgitter ausgebildet ist, auf dem zumindest ein Hall-Element (19) zum Drehzahlabgriff integriert ist.

2. Elektrisch betriebener Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stanzgitter (13) als gestanztes, mit Ausstanzungen versehenes Blechteil (13) ausgebildet ist.

3. Elektrisch betriebener Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das das Stanzgitter (13) aufnehmende Bauteil der Bürstenhalter (8) des Motors (1) ist.

4. Elektrisch betriebener Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hall-IC (19) parallel zur Achse der Welle (4) angeordnet ist.

5. Elektrisch betriebener Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hall-Element (19) mittels SMD-Verfahren auf das Stanzgitter (13) aufgebracht ist.

6. Elektrisch betriebener Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Verbindungen am Stanzgitter (13) durch Brückenstege (18) gebildet sind.

7. Elektrisch betriebener Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stanzgitter (13) nach SMD-Verfahren mit elektrischen Widerständen (15, 16) bestückt ist.

8. Elektrisch betriebener Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stanzgitter (13) mit Kondensatoren (24) und/oder Transistoren bestückbar ist.