DE10063619A1 - Antriebseinheit für Gebläse in Fahrzeugen - Google Patents
Antriebseinheit für Gebläse in FahrzeugenInfo
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Abstract
Eine Antriebseinheit für Gebläse in Fahrzeugen hat einen bürstenlosen Gleichstrommotor (30, 32) und eine Ansteuerelektronik. Die Ansteuerelektronik (36, 62) ist von einem Gehäuse (10) aus Kunststoff umschlossen, das den Gleichstrommotor trägt. Das Gehäuse (10) hat eine einteilig angeformte Lagerhülse (22) zur Lagerung des als Außenläufer ausgebildeten Rotors (30) des Gleichstrommotors. Das Oberteil (12) des Gehäuses (10) ist das einzige tragende Bauteil der Antriebseinheit.
Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für Gebläse in Fahrzeugen, mit
einem bürstenlosen Gleichstrommotor und einer Ansteuerelektronik.
Ein Gebläse für Kraftfahrzeuge, dessen Antriebseinheit einen bürstenlosen
Gleichstrommotor mit Außenläufer aufweist, ist bereits aus der US 5,588,814 be
kannt. Die Antriebseinheit dieses Gebläses ist in dessen das Lüfterrad umgeben
den Sammel- und Verteilerkasten integriert. Für die Lagerung des Außenläufers,
der mit dem Lüfterrad zu einer baulichen Einheit zusammengefasst ist, werden
Bodenteile des Sammel- und Verteilerkastens genutzt. Die von dem Lüfterrad
angesaugte Luft ist gegen die Antriebseinheit gerichtet. Eine von der angesaugten
Luft abgezweigte Kühlluftströmung wird den auf einer Leiterplatte unterhalb der
Antriebseinheit angeordneten Leistungshalbleiter der Ansteuerelektronik zuge
führt.
Die erfindungsgemäße Antriebseinheit für Gebläse in Fahrzeugen ist eine
autonome Baugruppe, die auf keine Strukturteile des Sammel- und Verteilerka
stens zur Lagerung des Gleichstrommotors oder zur Aufnahme der Ansteuerelek
tronik angewiesen ist. Gemäß der Erfindung ist die Ansteuerelektronik von einem
Gehäuse aus Kunststoff umschlossen, das den Gleichstrommotor trägt. Da die
Antriebseinheit eine autonome Baugruppe bildet, kann sie mit verschiedensten
Gehäuseteilen und Lüfterrädern zu einem Gebläse kombiniert werden. Das die
Ansteuerelektronik umschließende Gehäuse wird auf der Saugseite des Gebläses
eingebaut, damit die angesaugte Luft durch Eintrittsöffnungen des Gehäuses ein
geleitet und zur Kühlung sowohl der Leistungshalbleiter der Ansteuerelektronik
als auch der Bestandteile des Gleichstrommotors genutzt werden kann.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Antriebseinheit weist das Ge
häuse eine einteilig angeformte Lagerhülse zur Lagerung des Rotors des Gleich
strommotors auf, der ein Außenläufer ist. Die Lagerhülse nimmt die Lager zur
Lagerung der Lagerwelle des Außenläufers auf. Sie bildet aber auch einen Füh
rungskanal für die Kühlluftströmung, die zur Kühlung der Leistungshalbleiter der
Ansteuerelektronik benötigt wird und durch Lufteintrittsöffnungen des Gehäuses
eintreten kann, parallel zu den Luftströmen zwischen Rotor und Stator des Gleich
strommotors, die sich durch die Druckdifferenz zwischen Saugseite und Druck
seite des Gebläses ausbilden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die
Ansteuerelektronik einen Leistungsteil und einen Steuerteil auf, die auf getrennten
Leiterplatten aufgebaut sind, von denen die Leiterplatte für den Leistungsteil
durch Umspritzen einer aus einem Metallblech ausgestanzten Leiterstruktur mit
Kunststoff gebildet ist. Der Leistungsteil kann daher extrem hohe Ströme verar
beiten, ohne die empfindlichen Bauteile auf der Leiterplatte des Steuerteils zu
gefährden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der fol
genden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und aus den beigefüg
ten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Antriebseinheit für Gebläse;
Fig. 2 eine Stirnansicht der Antriebseinheit;
Fig. 3 eine Draufsicht der Antriebseinheit;
Fig. 4 einen Axialschnitt der Antriebseinheit; und
Fig. 5 eine perspektivische Illustrationsansicht einer Leiterplatte der An
triebseinheit.
Die Antriebseinheit hat als tragendes Bauteil ein allgemein mit 10 be
zeichnetes Gehäuse aus Kunststoff. Das allgemein quaderförmige Gehäuse 10
besteht aus einem Oberteil 12 und einem Unterteil 14. Oberteil 12 und Unterteil
14 sind durch Rastverbindungselemente 16a am Oberteil 12 und 16b am Unterteil
14 miteinander verbunden. Das Oberteil 12 hat seitlich abstehende Montagela
schen 18, an denen die gesamte Antriebseinheit in einem Gebläsegehäuse aufge
hängt bzw. befestigt wird. Das Oberteil 12 des Gehäuses 10 ist somit das eigent
lich tragende Bauteil.
Das Oberteil 12 des Gehäuses 10 hat, wie aus Fig. 4 ersichtlich, an seiner
Oberseite eine allgemein zylinderförmige Einsenkung 20. Vom Boden dieser Ein
senkung aus ragt eine einteilig angeformte Lagerhülse 22 senkrecht nach oben. An
den axialen Enden der Lagerhülse 22 sind Lager 24, 26 für eine Lagerwelle 28
eingesetzt. Die Lagerwelle 28 trägt einen allgemein topfförmigen, als Außenläufer
ausgebildeten Rotor 30 eines Gleichstrommotors, dessen Stator 32 hohlzylin
drisch ausgebildet und auf die Lagerhülse 22 aufgeschoben ist. Die axiale Position
des Stators 32 wird durch Aufsitzen seines unteren Innenumfangs auf einer
Schulter 22a der Lagerhülse 22 definiert. Bei dem Gleichstrommotor handelt es
sich insbesondere um einen bürstenlosen 4-Phasen-Gleichstrommotor.
Von den Wicklungen des Stators 32 sind massive Anschlußfahnen 34 am
Umfang der Lagerhülse 22 entlang gegen den Boden der Einsenkung 20 des
Oberteils 12 und durch die Lagerhülse 22 umgebende Öffnungen in das Innere des
Gehäuses 10 hineingeführt. Das Gehäuse 10 umschließt eine erste Leiterplatte 36,
die sich über die gesamte Breite des Gehäuses erstreckt. Diese Leiterplatte 36 ist
durch Umspritzen einer massiven Leiterstruktur mit Kunststoff gebildet. Die mas
sive Leiterstruktur besteht aus streifenförmigen Leiterbahnen 40 (Fig. 5), die aus
einem Metallblech ausgestanzt sind. Die Leiterplatte 36 hat einen kreisförmigen
Durchbruch 42, der koaxial zur Lagerhülse 22 angeordnet wird. Dieser Durch
bruch 42 ist von Öffnungen 44 umgeben, deren Anordnung den in das Gehäuse
hineinragenden Enden der Anschlußfahnen 34 des Stators 32 entspricht. Wegen
der vierpoligen Ausführung des Gleichstrommotors sind acht solche Öffnungen
44 vorhanden, an denen jeweils eine Leiterbahn 40 endet. Die Enden der
Anschlußfahnen 34 sind an den Öffnungen 44 mit den entsprechenden
Leiterbahnen durch Löten verbunden.
An einer Schmalseite der Leiterplatte 36 sind einige der Leiterbahnen 40
als Kontaktfahnen 50a und 50b herausgeführt. Die Kontaktfahnen 50a und 50b
ragen an einer schmalen Stirnfläche aus dem Gehäuse 10 heraus und sind von
angeformten Steckerkragen 52, 54 umgeben. Die Kontaktfahnen 50a sind kleiner
dimensioniert als die Kontaktfahnen 50b und dienen dem Anschluß von Sensor-
und Steuerleitungen, während die Kontaktfahnen 50b der Stromversorgung die
nen.
In dem an die Kontaktfahnen 50a, 50b angrenzenden Innenraum des Ge
häuses 10 sind relativ großvolumige Siebbauteile, wie Kondensatoren 56 und eine
Drossel 58 angeordnet. Am entgegengesetzten Ende der Leiterplatte 36 sind vier
Leistungshalbleiter 60 angeordnet. Die Leistungshalbleiter 60 sitzen mit ihrer
Kühlfahne unmittelbar auf einer freiliegenden Metallfläche der Leiterbahnen 40
auf. Sie stehen mit ihnen in elektrisch und thermisch leitendem Kontakt. Die An
schlußfahnen der Leistungshalbleiter 60 sind senkrecht gegen die Leiterplatte 36
abgebogen und ragen durch entsprechende Öffnungen der Leiterplatte hindurch
bis zu einer zweiten Leiterplatte 62, die parallel unter der ersten Leiterplatte 36
angeordnet ist. Auf dieser zweiten Leiterplatte 62 ist der Steuerteil der Ansteuer
elektronik des Gleichstrommotors aufgebaut, während auf der ersten Leiterplatte
36 der Leistungsteil der Ansteuerelektronik aufgebaut ist.
An der den Kontaktfahnen 50a, 50b gegenüberliegenden Schmalseite des
Gehäuses 10, neben den Leistungshalbleitern 60, sind Lufteintrittsöffnungen 66
angeordnet. Ferner sind in der Stirnfläche des topfförmigen Rotors 30 Luft
austrittsöffnungen 68 vorgesehen. Die beschriebene Antriebseinheit wird im Ge
häuse des Gebläses derart angeordnet, daß die Lufteintrittsöffnungen 66 auf der
Saugseite des Gebläses gelegen sind. Das Lüfterrad des Gebläses wird unmittelbar
auf das vom Rotor 30 abstehende Ende der Lagerwelle 28 aufgesetzt und auf die
ser befestigt. Im Betrieb wird, da die Antriebseinheit sich auf der Saugseite des
Gebläses befindet, eine Luftströmung durch die Lufteintrittsöffnungen 66 des Ge
häuses 10 in dessen Inneres eingeleitet und an den Leistungshalbleitern 60 vor
beigeführt. Die Luft strömt dann durch die auch als Führungskanal wirkende La
gerhülse 22 zur Stirnseite des Rotors 30 und tritt durch dessen Öffnungen 68 aus.
Durch den Kühlluftstrom werden die Leistungselektronik wie auch die Wicklun
gen des Stators 32 gekühlt.
Die beschriebene Antriebseinheit ist überaus kompakt und dennoch sehr
leistungsfähig, insbesondere wegen der guten Kühlung aller thermisch bean
spruchten Bauteile und wegen des mechanisch robusten Aufbaus. Eine besonders
hohe Steifigkeit der Baugruppe ergibt sich dadurch, daß die Leiterplatte 36 im
Inneren des Gehäuses 10 an der Unterseite ihres Oberteils 12 anliegt und damit
ein axiales Widerlager für den Stator 32 bildet. Da außer dem Oberteil 12 des
Gehäuses 10 keine tragenden Bauteile benötigt werden, ergibt sich eine sehr ein
fache und dennoch robuste mechanische Konstruktion. Bei der Montage werden
die verschiedenen Bestandteile der Antriebseinheit im wesentlichen in Axialrich
tung des Rotors 30 zusammengesetzt und dann aneinander befestigt, so daß sich
auch eine vereinfachte und maschinell durchführbare Montage ergibt.
Claims (21)
1. Antriebseinheit für Gebläse in Fahrzeugen, mit einem bürstenlosen
Gleichstrommotor und einer Ansteuerelektronik, dadurch gekennzeichnet, dass
die Ansteuerelektronik von einem Gehäuse aus Kunststoff umschlossen ist, das
den Gleichstrommotor trägt.
2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das
Gehäuse eine einteilig angeformte Lagerhülse zur Lagerung des als Außenläufer
ausgebildeten Rotors des Gleichstrommotors aufweist.
3. Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
das auf der Saugseite des Gebläses anzuordnende Gehäuse Lufteintrittsöffnungen
für die Kühlung der Bauteile der Ansteuerelektronik und für die Bestandteile des
Gleichstrommotors aufweist.
4. Antriebseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Au
ßenläufer allgemein topfförmig ausgebildet ist und an einer Stirnseite auf einer
Lagerwelle befestigt ist.
5. Antriebseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die La
gerwelle über in die Lagerhülse eingesetzte Lager in der Lagerhülse drehbar gela
gert ist.
6. Antriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Lagerhülse vom hohlzylinderförmigen Stator des Gleich
strommotors umgeben ist.
7. Antriebseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Lagerhülse eine Schulter aufweist, auf der ein Innenumfangsrand des Stators
aufsitzt.
8. Antriebseinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der
Stator mit axial abstehenden Anschlussfahnen versehen ist, die durch die Lager
hülse umgebende Öffnungen des Gehäuses ragen und mit einer im Inneren des
Gehäuses angeordneten Leiterplatte verbindbar sind.
9. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, dass das Gehäuse eine die Lagerhülse umgebende zylindrische Einsen
kung aufweist, in die der von der Stirnfläche des Außenläufers abgewandte Um
fangsrand dieses Außenläufers hineinragt.
10. Antriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass das Gehäuse zweiteilig mit einem die Lagerhülse aufweisen
den tragenden Oberteil und einem eine offene Hauptseite des Oberteils verschlie
ßenden Unterteil ausgebildet ist.
11. Antriebseinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das
Oberteil seitlich abstehende Montagelaschen aufweist.
12. Antriebseinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das
Unterteil an dem Oberteil durch Verrasten befestigt ist.
13. Antriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Ansteuerelektronik einen Leistungsteil und einen Steuerteil
aufweist, die auf getrennten Leiterplatten aufgebaut sind, von denen die Leiter
platte für den Leistungsteil durch Umspritzen einer aus einem Metallblech ausge
stanzten Leiterstruktur mit Kunststoff gebildet ist.
14. Antriebseinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die
Leiterstruktur Kontaktfahnen aufweist, die aus einem Rand der Leiterplatte her
ausragen.
15. Antriebseinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kontaktfahnen auf der Außenseite des Gehäuses herausragen und von am Ge
häuse angeformten Steckerkragen umgeben sind.
16. Antriebseinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die
Leiterplatte ringförmig angeordnete Verbindungsöffnungen aufweist, in die An
schlußfahnen eines Stators des Gleichstrommotors einsetzbar sind und an denen
Leiterbahnen der Leiterstruktur anschließen.
17. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Leiterplatte freiliegende Metallflächen der Leiterstruktur auf
weist, an denen Leistungshalbleiter in wärmeübertragendem Kontakt anliegen.
18. Antriebseinheit nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die
Leistungshalbleiter abgebogene Anschlussfahnen aufweisen, die durch Öffnungen
in der Leiterplatte des Leistungsteils ragen und mit der parallel darunterliegenden
Leiterplatte des Steuerteils verbunden sind.
19. Antriebseinheit nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet,
dass das Gehäuse Lufteintrittsöffnungen neben den Leistungshalbleitern aufweist.
20. Antriebseinheit nach Anspruch 2 und Anspruch 19, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Lagerhülse einen Führungskanal für die durch die Luftein
trittsöffnungen des Gehäuses eingetretene Kühlluft bildet.
21. Antriebseinheit nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der
allgemein topfförmige Rotor des Gleichstrommotors an einer Stirnfläche Luft
austrittsöffnungen aufweist.
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