DE102005023493A1

DE102005023493A1 - Flachmotor zum Antrieb einer Verstelleinrichtung eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102005023493A1
Application number: DE102005023493A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr.-Ing. Börnchen; Uwe Sommer; Joachim Dipl.-Ing. Müller; Helmut Dr.-Ing. Sesselmann
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2005-05-18
Publication date: 2006-11-30
Also published as: WO2006122523A1; DE112006001154A5

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Flachmotor zum Antrieb eines Verstellsystems eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Fensterhebers, mit einem Scheibenläufer als Rotor und einem scheibenartigen Spulensystem, gebildet durch Wicklungen elektrischer Leiter, das einen der Kommutierung dienenden Kollektorbereich und einen mit Permanentmagneten des Motors wechselwirkenden Aktivbereich aufweist, wobei die elektrischen Leiter zur Bildung der Wicklungen sich in zwei benachbarten Ebenen erstrecken. Erfindungsgemäß sind die die Wicklungen bildenden elektrischen Leiter als Leiterbahnen ausgebildet, die als Leiterschichten auf jeweils einer Oberfläche einer Leiterplatte ausgeprägt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Flachmotor zum Antrieb einer Versteileinrichtung eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiger Flachmotor umfasst einen als Scheibenläufer bezeichneten scheibenförmigen Rotor, der um eine Achse drehbar gelagert ist und sich im Betrieb des Motors um jene Drehachse dreht. Zur Erzeugung der Drehbewegung ist ein flaches, scheibenförmiges Spulensystem vorgesehen, das einen so genannten Kollektorbereich zu Zwecken der Bestromung des Spulensystems durch Kommutierung aufweist (Kommutatormotor) und das weiterhin einen so genannten Aktivbereich aufweist, der im Betrieb des Motors, also bei Bestromung des Spulensystems, mit zugeordneten Permanentmagneten magnetisch zusammenwirkt, um eine Drehbewegung des scheibenförmigen Rotors (Scheibenläufers) zu erzeugen.
Hierbei kann einerseits das Spulensystem einen Bestandteil des Rotors bilden, so dass zur Bestromung am Kollektorbereich des Spulensystems statorseitige Bürsten oder Kohlen angreifen, wie für so genannte Kommutatormotoren allgemein bekannt. Die Permanentmagnete bilden dann einen Bestandteil des Stators und sind drehfest an diesem angeordnet. Bei Bestromung des am Scheibenläufer vorgesehenen Spulensystems bzw. des den Scheibenläufer bildenden Spulensystems mittels der hierfür vorgesehenen Kohlen bzw. Bürsten wird somit eine Drehbewegung des Scheibenläufers einschließlich des Spulensystems um dessen Drehachse relativ zu dem Stator bewirkt.
Es kann sich allerdings bei dem gattungsgemäßen Flachmotor auch um einen so genannten elektronisch kommutierenden Motor handeln, bei dem das Spulensystem einen Bestandteil des Stators bildet, also im Betrieb des Motors nicht gemeinsam mit dem Scheibenläufer gedreht wird.
Für derartige Flachmotoren ist es bekannt, das Spulensystem zweilagig auszuführen, so dass die die Wicklungen der Spulen bildenden elektrischen Leiter sich in zwei unterschiedlichen Ebenen erstrecken. Die Mehrlagigkeit des Spulensystems ermöglicht die Erzeugung entsprechend größerer Magnetfelder bei Bestromung des Spulensystems. An einer der beiden Lagen ist dabei der Kollektorbereich ausgebildet, der im Betrieb des Motors z.B. mit zugeordneten Bürsten bzw. Kohlen zusammenwirkt.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Flachmotor der eingangs genannten Art weiter zu verbessern.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Schaffung eines Flachmotors mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Danach sind die in den unterschiedlichen Ebenen verlaufenden elektrischen Leiter als Leiterbahnen ausgebildet, die jeweils auf einer Oberfläche einer Leiterplatte ausgeprägt sind, also jeweils Leiterschichten auf der jeweiligen Oberfläche einer Leiterplatte bilden.

Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf der Erkenntnis, dass der Aufbau eines mehrlagigen Spulensystems für einen Flachmotor erheblich vereinfacht werden kann, wenn hierbei auf die Leiterplattentechnologie zurückgegriffen wird. D. h., die elektrischen Leiter, welche die Wicklungen des Spulensystems bilden, sind als Leiterbahnen auf jeweils einer Oberfläche einer Leiterplatte in bekannter Weise eingeätzt und durch die mindestens eine Leiterplatte hindurch elektrisch miteinander kontaktiert.

Es kann also zur Herstellung des Spulensystems auf eine insbesondere auch im Kraftfahrzeugbereich in Großserien erprobten Technologie zurückgegriffen werden, für die umfangreiche Fertigungskapazitäten bestehen. Mit dieser Technologie sind Layoutänderungen leicht realisierbar, was eine erhöhte Flexibilität im Entwicklungsprozess sowie eine schnelle Amortisation von Fertigungseinrichtungen mit sich bringt.

Die durch die Grundkörper der Leiterplatten gebildeten und zwischen den elektrischen Leiterschichten liegenden isolierenden Schichten führen zu einer größeren Steifigkeit der Ankerscheibe, was wiederum verbesserte Planlaufeigenschaften und somit eine erhöhte Laufruhe zur Folge hat.

Ferner kann in dem Fall, dass das Spulensystem am Scheibenläufer vorgesehen ist, durch den Entfall außen liegender Schweißpunkte (verglichen mit der herkömmlichen Technologie zur Herstellung des Spulensystems) der Außendurchmesser des Spulensystems reduziert werden, also eine kompaktere Bauform sowie ein reduziertes Massenträgheitsmoment des Systems erreicht werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren deutlich werden.
Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf einen ein Spulensystem aufweisenden Scheibenläufer eines Flachmotors;
1b eine Rückansicht des Scheibenläufers aus 1a;
2a einen Ausschnitt des Scheibenläufers aus den 1a und 1b;
2b einen weiteren Ausschnitt des Scheibenläufers aus den 1a und 1b, wobei nur ein Teil der Wicklungen des Spulensystems des Scheibenläufers dargestellt ist;
3a einen Querschnitt durch den Scheibenläufer aus den 1a und 1b;
3b einen Ausschnitt des Querschnittes aus 3a;
3c einen weiter vergrößerten Ausschnitt des Querschnittes aus 3a;
4a einen Teil der Wicklungen des Spulensystems des Scheibenläufers aus den 1a und 1b zusammen mit zwei Dichtungsringen;
4b einen Ausschnitt der Darstellung aus 4a;
5a einen Teil der Wicklungen des Spulensystems des Scheibenläufers aus den 1a und 1b;
5b einen Ausschnitt der Darstellung aus 5a;
5c einen perspektivischen Ausschnitt der Darstellung aus 5a;
6a einen Teil der Wicklungen des Spulensystems des Scheibenläufers aus den 1a und 1b zusammen mit Permanentmagneten eines zugehörigen Stators;
6b einen Ausschnitt der Darstellung aus 6a.
In den 1a bis 6b sind von einem Flachmotor ein durch einen Scheibenläufer gebildeter Rotor R sowie kreisringförmig hintereinander Permanentmagnete 7 eines Stators S dargestellt.
Der Scheibenläufer R ist um eine Drehachse D drehbar gelagert und weist ein vierlagiges, flaches Spulensystem auf, das – in radialer Richtung von außen nach innen betrachtet – einen äußeren Wickelzopf 11, einen Aktivbereich 12, einen inneren Wickelzopf 13 sowie einen Kollektorbereich 14 aufweist. Der Aktivbereich 12 ist in axialer Richtung, also entlang der Drehachse D, betrachtet gegenüber den Permanentmagneten 7 des Stators S angeordnet, so dass die bei Bestromung des Spulensystems 1 zwischen dem Aktivbereich 12 des Spulensystems 1 und den Permanentmagneten 7 des Stators S wirkenden magnetischen Kräfte in bekannter Weise zu einer Drehbewegung des Scheibenläufers bzw. Rotors R um die Drehachse D führen.
Zur Bestromung des Spulensystems 1 dient dessen Kollektorbereich 14, der den radial innersten Bereich des Spulensystems 1 bildet und der mittels in den Figuren nicht dargestellter Bürsten bzw. Kohlen eines Kommutators bestromt wird.
Wie insbesondere aus den 3a bis 3c hervorgeht, sind die in vier Ebenen in axialer Richtung übereinander angeordneten Leiterbahnen 101, 102, 103, 104, die die Wicklungen des Spulensystems 1 bilden, auf den Oberflächen von insgesamt drei in axialer Richtung übereinander angeordneten Leiterplatten 111, 112, 113 aufgebracht bzw. eingeätzt, also nach der Leiterplattentechnologie hergestellt. Die Leiterplatten 111, 112, 113 dienen somit als isolierende Trägerschichten der hierauf aufgebrachten insgesamt vier Leiterschichten 101, 102, 103, 104, welche die Leiterbahnen des Spulensystems 1 bilden.
Dabei sind die beiden axial außen liegenden Leiterschichten 101, 104 über eine Vielzahl radial außen liegender elektrischer Kontakte 15a und die beiden axial innen liegenden Leiterschichten 102, 103 über eine weitere Vielzahl radial außen liegender elektrischer Kontakte 15b elektrisch miteinander verschaltet, also durch die Trägerkörper 111, 112, 113 der Leiterplatten hindurch elektrisch kontaktiert, wobei die unterschiedlichen Kontakte 15a, 15b versetzt zueinander angeordnet sind.
Ferner die Leiterbahnen jeweils einer der beiden axial außen liegenden Leiterschichten 101, 104 mit den Leiterbahnen jeweils einer der beiden axial innen liegenden Leiterschichten 102 bzw. 103 über eine Vielzahl radial innen liegender elektrischer Kontakte 16a bzw. 16b elektrisch miteinander verschaltet, also durch die Trägerkörper 111, 112, 113 der Leiterplatten hindurch elektrisch kontaktiert, wobei die unterschiedlichen Kontakte 16a, 16b versetzt zueinander angeordnet sind.
Die radial äußeren elektrischen Kontakte 15a, 15b sind dabei jeweils am äußeren Umfang des Spulensystems 1 und damit des Scheibenläufers R angeordnet und die radial inneren elektrischen Kontakte 16a, 16b sind am Übergang vom inneren Wickelbereich 13 zum Kollektorbereich 14 des Spulensystems 1 vorgesehen. Dabei sind die radial inneren bzw. radial äußeren elektrischen Kontakte 15a, 15b bzw. 16a, 16b jeweils versetzt zueinander angeordnet, um eine zuverlässige elektrische Trennung der Kontaktstellen sicherzustellen.
Eine axial außen liegende Leiterschicht 104 ist in radialer Richtung nach innen weiter geführt als die anderen Leiterschichten 101, 102, 103 und bildet dort den Kollektorbereich 14, in dem sich die Leiterbahnen der besagten axial außen liegenden Leiterschicht 104 in radialer Richtung bezüglich der Drehachse D erstrecken, und zwar vom inneren Wickelzopf 13 ausgehend in radialer Richtung nach innen.
Die weiteren Leiterschichten 101, 102, 103 erstrecken sich zwar ebenfalls über den inneren Wickelzopf 13 hinaus in radialer Richtung nach innen in Richtung auf die Drehachse D; sie sind jedoch jenseits des inneren Wickelzopfes 13 durch erste isolierende Abschnitte 11 elektrisch gegenüber den weiter außen liegenden Abschnitten der entsprechenden Leiterschichten 101, 102, 103 isoliert und bilden einen an den inneren Wickelzopf 13 nach innen anschließenden äußeren Dichtring 5, der koaxial zur Drehachse D verläuft und gleichzeitig zur Stabilisierung des Spulensystems dient.
Jenseits des Kollektorbereiches 14 ist auch die den Kollektorbereich 14 bildende axial äußere Leiterschicht 104 mittels eines weiteren Isolationsabschnittes 12 elektrisch isoliert und bildet dort zusammen mit den ebenfalls elektrisch isolierten Abschnitten der drei weiteren Leiterschichten einen inneren Dichtring 6, der sich ebenfalls koaxial zur Drehachse D erstreckt und ebenfalls zusätzlich zur Stabilisierung des Spulensystems beiträgt. Der innere Dichtring 6 schließt dabei gleichzeitig das Spulensystem 1 in radialer Richtung nach innen ab.
Radial nach innen schließt sich an das Spulensystem 1 weiterhin eine Nabe 3 an, die einerseits ein Lager (Lagerbund 31) für ein Abtriebsritzel 4 bildet und die andererseits einen sich axial an das Lager radial nach außen anschließenden Stützbschnitt 32 aufweist, der einen Aufnahmebereich 34 definiert, der das Spulensystem 1 am inneren Dichtring 6 umgreift.
Auf der dem Kollektorbereich 14 in axialer Richtung abgewandten Seite des Spulensystems weist der Stützabschnitt 32 der Nabe 3 einen Fortsatz 33 auf, der sich bis zum inneren Wickelbereich 13 des Spulensystems 1 erstreckt und dadurch gemeinsam mit dem Stützabschnitt 32 der Nabe 3 zur Stabilisierung des Scheibenläufers 1 beiträgt.
Die Nabe 3 wird bevorzugt durch Spritzgießen erzeugt, und zwar in der Weise, dass das fertige, auf den Trägerkörpern 111, 112, 113 der Leiterplatten ausgebildete Spulensystem in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt in diesem in seinem zentralen Bereich mit der Nabe 3 umspritzt wird.
An dem hohlzylindrischen Lagerbund 31 der Nabe 3 ist als Abtriebselement 4 ein Zahnrad bzw. Ritzel gelagert, das mit einem Lagerabschnitt 40 den Lagerbund 31 der Nabe 3 durchgreift und das an seinem axial aus dem Lagerbund der Nabe 3 herausragenden Endabschnitt mit einer Außenverzahnung 45 versehen ist. Dieses Ritzel kann entweder in den Lagerbund 31 der Nabe 3 eingepresst sein oder alternativ in dem Spritzgusswerkzeug, in dem die Nabe 3 am Spulensystem 1 angespritzt wird, von dem Lagerbund 31 der Nabe 3 umspritzt werden.
Alternativ zu einer aus Kunststoff bestehenden, am Spulensystem 1 angespritzten Nabe 3 kann auch eine separate, am Spulensystem zu befestigende Nabe, z. B. aus einem Leichtmetall (Aluminium) verwendet werden.
Am äußeren Umfang des Spulensystems 1 bilden die Leiterschichten 101, 102, 103, 104 sowie die zugehörigen elektrischen Kontakte 15a, 15b vorteilhaft eine optisch abtastbare Regelkontur, die eine Positions- und Geschwindigkeitsmessung durch optische Abtastung ermöglicht.
Die Erfindung wurde vorliegend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert, bei dem das Spulensystem als vierlagiges System durch insgesamt vier Leiterschichten gebildet wird, die jeweils auf einer Oberfläche eines Leiterplattenträgers angeordnet sind. Das Spulsystem kann jedoch auch mehr als vier Lagen, insbesondere sechs Lagen aufweisen, oder alternativ weniger als vier Lagen, z.B. zwei Lagen.
Dabei kann die den Kollektorbereich bildende Leiterschicht aus einem anderen Material bestehen als die übrigen Leiterschichten, um das Kommutierungssystem im Hinblick auf die Kommutierungseigenschaften zu optimieren. Ferner kann die den Kollektorbereich bildende Leiterschicht eine von den anderen Leiterschichten abweichende Dicke aufweisen, um das System im Hinblick auf Wärmeleitung und Stabilität zu optimieren.

Claims

Flachmotor zum Antrieb eines Verstellsystems eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Fensterhebers, mit – einem um eine Drehachse drehbar gelagerten Scheibenläufer als Rotor und – einem scheibenartigen Spulensystem, gebildet durch Wicklungen elektrischer Leiter, das einen der Bestromung dienenden Kollektorbereich und einen mit Permanentmagneten des Motors wechselwirkenden Aktivbereich aufweist, wobei sich die elektrischen Leiter zur Bildung der Wicklungen in mindestens zwei benachbarten Ebenen erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass die die Wicklungen bildenden elektrischen Leiter als Leiterbahnen ausgebildet sind, die als Leiterschichten auf jeweils einer Oberfläche einer Leiterplatte ausgeprägt sind.
Flachmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulensystem einen Bestandteil des Scheibenläufers bildet und gemeinsam mit diesem als Rotor drehbar ist.
Flachmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulensystem einen Bestandteil des Stators des Flachmotors bildet, bezüglich dem der Scheibenläufer als Rotor drehbar ist.
Flachmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der auf einer Oberfläche einer Leiterplatte ausgeprägten Leiterschichten den Kollektorbereich des Spulensystems bildet.
Flachmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die den Kollektorbereich bildende Leiterschicht in radialer Richtung bezüglich der Drehachse des Motors hin über die mindestens eine weitere Leiterschicht hinausragt und mit ihrem über die weitere Leiterschicht hinausragenden Bereich den Kollektorbereich bildet.
Flachmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die den Kollektorbereich bildende Leiterschicht im Kollektorbereich radial erstreckte Leiterbahnen aufweist.
Flachmotor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die den Kollektorbereich bildende Leiterschicht aus einem anderen Material besteht als die mindestens eine weitere Leiterschicht.
Flachmotor nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die den Kollektorbereich bildende Leiterschicht eine andere Dicke aufweist als die mindestens eine weitere Leiterschicht.
Flachmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulensystem durch mehrere doppellagige Leiterschichten gebildet wird.
Flachmotor nach einem der Ansprüche 4 bis 7 und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektorbereich durch eine in axialer Richtung außen liegende Leiterschicht gebildet wird.
Flachmotor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Leiterschichten jeweils auf der Oberfläche einer Leiterplatte ausgeprägt sind.
Flachmotor nach einem der Ansprüche 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschichten an einer Vielzahl Kontaktstellen jeweils paarweise elektrisch miteinander Kontaktiert sind.
Flachmotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zur paarweisen Kontaktierung von Leiterschichten vorgesehenen elektrischen Kontakte zumindest teilweise am äußeren Umfang des Spulensystems vorgesehen sind.
Flachmotor nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zur paarweisen elektrischen Kontaktierung unterschiedlicher Leiterschichten vorgesehenen elektrischen Kontakte zumindest teilweise in radialer Richtung betrachtet zwischen dem Aktivbereich und dem Kollektorbereich des Spulensystems vorgesehen sind.
Flachmotor nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Kontakte, mit denen unterschiedliche Leiterschichten-Paare elektrisch miteinander kontaktiert sind, versetzt zueinander angeordnet sind.
Flachmotor nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 15, soweit rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulensystem eine Markierungen bildende Regelkontur aufweist, die optisch abtastbar ist.
Flachmotor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen durch eine Segmentierung am äußeren Umfang des Spulensystems oder durch zwischen den Leiterbahnen mindestens einer Leiterschicht vorgesehenen Lücken, z. B. in Form von Bohrungen, gebildet werden.
Flachmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ringförmige, durch Isolation elektrisch nicht wirksame Leiterschichtbereiche am radial inneren Bereich des Spulensystems zur Erhöhung der Steifigkeit des Spulensystems vorgesehen sind.
Flachmotor nach Anspruch 2 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch nicht wirksamen Leiterschichtbereiche zur Aufnahme und Zentrierung einer am Rotor vorgesehenen Nabe dienen.
Flachmotor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch nicht wirksamen Leiterschichtbereiche zur Abdichtung der Nabe dienen.
Flachmotor nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe aus Kunststoff besteht und am Spulensystem angespritzt ist.
Flachmotor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe dadurch an dem Spulensystem angeformt ist, dass das Spulensystem in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt und in diesem die Nabe an das Spritzgusswerkzeug angespritzt worden ist.
Flachmotor nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zentrierung der Nabe am Spulensystem eine Lagerbuchse vorgesehen ist.
Flachmotor nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe den radialen Innenbereich des Spulensystems auf der dem Kollektorbereich abgewandten Seite zumindest teilweise überdeckt und abstützt.
Flachmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Spulensystem weitere elektrische oder elektronische Komponenten angeordnet sind.
Flachmotor nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren elektronischen Komponenten Mittel zur Entstörung und/oder eine Steuerelektronik umfassen.