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Die
Erfindung betrifft einen sensorgesteuerten, bürstenlosen
Gleichstrommotor, insbesondere für den Einsatz bei elektrisch
verstellbaren Fahrzeugsitzen.
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Dieser
Motortyp kommt bereits in anderen Bereichen, wie der industriellen
Fertigungstechnik oder der Medizintechnik, zum Einsatz. Er umfasst
einen Permanentmagnete aufweisenden Rotor, sowie einen mehrere,
ein elektromagnetisches Drehfeld erzeugende Spulen enthaltenden
Stator, weiterhin eine die Position oder Drehung des Rotors erfassende Sensorik,
meist auf Basis von Hallsensoren, sowie eine das Drehfeld und damit
die Rotorbewegung beeinflussende Steuerelektronik.
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Dabei
sind diese Funktionselemente mit Ausnahme des Rotors traditionell
separat vorgesehen, und zwar als ringartige Lagen, die beim Zusammenbau
des Motors während seiner Produktion aneinandergrenzend
gefügt werden, wobei gedachte Trennebenen zwischen den
Lagen teilweise durchbrochen werden; zum Beispiel durch in einer
der Transistorbauform TO 92 ähnelnden Bauweise ausgebildete
Hallsensoren, deren Verbindungsdrähte zur Kontaktierung
auf einem gemeinsamen Trägerring befestigt sind, während
die Sensorköpfe sich in die Feldspulenlage hinein erstrecken.
Beispiele für bekannte bürstenlose Gleichstromelektromotoren sind
aus den Druckschriften
DE
103 15 871 A1 ,
DE 100
18 230 A1 ,
JP
0802366 A sowie
DE 10 2005 021 726 A1 bekannt.
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Diese
Motorbauform mit einer Vielzahl separat zu fügender Teile
ist der leichten Abänderbarkeit von Teilen für
die Motorvariantenbildung geschuldet, hat aber den Nachteil, dass
diverse elektrische Schnittstellen vorhanden sein müssen,
was die Fehleranfälligkeit erhöht.
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Da
im Automobilbau insbesondere Komfort-Funktionen, wie eine elektrische
Sitzverstellung, möglichst wartungsarm ausgelegt sein sollen, schlägt
die Anmelderin eine geänderte Bauweise für einen
gattungsgemäßen Motor vor, der zudem kompakter
ausgebildet sein kann.
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Die
Aufgabe wird gelöst durch einen bürstenlosen Elektromotor
mit einem Rotormodul, mit einem Statormodul und mit einer Mehrzahl
von Spulen, wobei das Statormodul zumindest teilweise mittels einer MID-Technologie
(moulded interconnected device) hergestellt vorgesehen ist, wobei
das Statormodul Befestigungselemente zur Befestigung der Mehrzahl von
Spulen an dem Statormodul aufweist und/oder wobei die Mehrzahl von
Spulen und/oder eine Mehrzahl von Magnetfeldsensoren mittels MID-Technologie
(moulded interconnected device) in das Statormodul integriert vorgesehen
ist. Hierdurch ist es in einfacher und vor allem montagetechnisch
einfacher Weise möglich, dass eine Anzahl von herkömmlicherweise
verwendeten Bauteilen – wie beispielsweise die Ringplatine,
die Steuerelektronik, den Sensor-Träger, der Spulenträger
und die dem Gehäuse zugehörige Grundplatte des
Motors – zusammengefasst werden, so dass die Montagekosten
und die Herstellkosten reduziert werden können. Besonders bevorzugt
ist es in diesem Zusammenhang, dass (im Statormodul) eine Zusammenfassung
der Ringplatine mit der Steuerelektronik, dem Sensor-Träger,
dem Spulenträger und der dem Gehäuse zugehörigen Grundplatte
des Motors zu einem gemeinsamen MID-Bauteil erfolgt. Der Fachmann
versteht unter einem MID-Bauteil (bzw. einem mittels einer MID-Technologie
hergestellten Bauteil) komplexe Formteile auf Kunststoffbasis, die
in ihrer Herstellungsphase mit elektrisch wirkenden Bestandteilen,
wie beispielsweise Leiterbahnen, ausgerüstet wurden. Bei
der Realisierung der Befestigung der Spulen am Statormodul mittels
am Statormodul angeordneter Befestigungselemente, beispielsweise
Rastbefestigungselemente oder Clipbefestigungselemente, kann eine
Montage bzw. ein Zusammenbau des Statormoduls mit den Spulen beispielsweise über
eine einfache Clipmontage realisiert werden. Das als MID-Bauteil
ausgeführte Statormodul bildet somit außenseitig
einen einstückig ausgeführten Bestandteil des
Motorgehäuses, welcher im Idealfall nur noch eines einseitigen
Abschlusses durch den Lagerschild bedarf. Innenseitig dient es als
Trägerstruktur für sämtliche elektrischen Leitungen
und diskreten Bauteile, vorzugsweise auch als Halter, ggf. Wickelkörper,
für die Feldspulen. Der Zusammenbau des erfindungsgemäßen
Elektromotors geschieht dann durch Einführen des Rotors bzw.
des Rotormoduls in das becherförmige MID-Bauteil; dabei
kann das becherbodenseitige Rotorlager mit eingeführt und
in eine entsprechende Aussparung im Becherboden eingepasst werden;
alternativ wurde es bereits während der Fertigung des MID-Bauteils
mit integriert.
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Besonders
bevorzugt ist, dass die Mehrzahl von Spulen und/oder eine Mehrzahl
von Magnetfeldsensoren mittels MID-Technologie (moulded interconnected
device) in das Statormodul integriert vorgesehen ist. Hierdurch
ist eine noch einfachere Montage des Elektromotors möglich.
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Weiterhin
ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Mehrzahl
von Spulen und/oder die Mehrzahl von Magnetfeldsensoren einstückig
mit dem Statormodul verbunden vorgesehen sind und/oder mittels Umspritzung
mit dem Statormodul verbunden vorgesehen sind. Hierdurch kann ein
weitgehender Schutz dieser teilweise empfindlichen Bauteile erzielt
werden und es kann ferner eine bessere Verbindung des Statormoduls
mit beispielsweise den Spulen erzielt werden. Durch die Realisierung
der Verbindung der Spulen mit dem Statormodul über eine
Umspritzung (der Spulen) ist es erfindungsgemäß in
besonders vorteilhafter Weise möglich, dass auf Klebstoffe
oder ähnliche Verbindungsstoffe zur Befestigung der Spulen
am Statormodul verzichtet werden kann und somit auch die damit verbundenen
Probleme hinsichtlich der Stoffverträglichkeit bzw. der
Recyclingfähigkeit vermieden werden.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft einerseits
ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen
Elektromotors mit einem Rotormodul, mit einem Statormodul und mit
einer Mehrzahl von Spulen, wobei die Spulen zunächst mit
dem Statormodul verbunden werden und anschließend das Statormodul
und das Rotormodul miteinander verbunden werden, bzw. andererseits
ein Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors mit einem Rotormodul
und mit einem Statormodul, wobei zunächst das Statormodul
mit einstückig integrierter Anordnung einer Mehrzahl von
Spulen und/oder einer Mehrzahl von Magnetfeldsensoren hergestellt wird
und wobei anschließend das Statormodul und das Rotormodul
verbunden werden, insbesondere ineinandergesteckt werden. Hierdurch
lässt sich der erfindungsgemäße Elektromotor
besonders einfach und kostengünstig montieren.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
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1 zeigt
in schematischer Weise eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen
Elektromotors.
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In 1 ist
schematisch in Explosionsdarstellung ein erfindungsgemäßer
Elektromotor 10 dargestellt, der ein Rotormodul 11 und
ein Statormodul 12 aufweist. Der Elektromotor ist als sogenannter bürstenloser
Elektromotor 10, insbesondere als bürstenloser
Gleichstrommotor 10, ausgebildet. Bürstenlos kommutierende
Motoren, sogenannte BLDC-Motoren, haben statische Wicklungen oder
Spulen 13 sowie sich drehende Magnete, die in des Rotormodul 11 integriert
vorgesehen sind. Durch eine elektronische Schaltung und mittels
einer Mehrzahl von Sensoren 19, insbesondere Magnetfeldsensoren 19,
die bevorzugt als Hall-Sensoren bzw. Hall-Sonden ausgebildet sind,
und/oder einem oder einer Mehrzahl von insbesondere optischen Positionssensoren,
wird die Position des Ankers bzw. des Rotormoduls 11 erfasst.
In Abhängigkeit von der Ankerposition wird ein Drehfeld
in den Wicklungen bzw. Spulen 13 erzeugt, wodurch die Bewegung
des Elektromotors über eine Wechselwirkung mit den Permanentmagneten
des Rotormoduls 11 herbeigeführt wird, d. h. das
Drehfeld sorgt für den Drehimpuls. Insgesamt ergibt sich
durch die Verwendung von BLDC-Elektromotoren 10 die Möglichkeit
eines sehr zuverlässigen und wartungsarmen Betriebs des
Elektromotors 10, wobei darüber hinaus noch die
Möglichkeit einer genauen Steuerung der Bewegung des Elektromotors 10 besteht.
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Herkömmlicherweise
ist die elektronische Schaltung auf einer Leiterplatte realisiert,
wobei die Leitungsbahnen zur Kontaktierung der Spulen 13 und/oder
der Positionssensoren 19 bzw. Magnetfeldsensoren 19 separat
mit der Leiterplatte bei der Montage verbunden werden müssen.
Erfindungsgemäß sind alle oder zumindest die wesentlichen
elektrischen Elemente bzw. elektrisch zu kontaktierenden Elemente
und Bauteile entweder in dem Statormodul 12 fest, d. h.
insbesondere einstückig, integriert oder aber sehr einfach – beispielsweise
durch Einklipsen der Spulen 13 – integrierbar.
Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, dass die Montage des
Elektromotors stark vereinfacht wird. Das Statormodul 12 umfasst dann
beispielsweise neben dem Gehäusegrundkörper 15 bzw.
dem Spulenträger 15 auch den Sensorträger 16,
die Ringplatine 17 bzw. Leiterplatte 17 und die
Grundplatte 18 des Elektromotors 10. Hierbei wird
das Statormodul 12 erfindungsgemäß insbesondere
als sogenanntes MID-Bauteil ausgeführt. Hierfür
können verschiedene Materialien
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Erfindungsgemäß ist
das Statormodul 12 unter Verwendung einer MID-Technologie
hergestellt. Für eine derartige Herstellung können
verschiedene Materialien eingesetzt werden, bei denen es sich beispielsweise
um Hochtemperatur- oder Konstruktionsthermoplaste handelt, die mit
unterschiedlichsten Oberflächenbeschichtungen versehen
werden. Die Materialien für den Tragkörper werden
dabei hinsichtlich der Verarbeitungs- und Gebrauchstemperaturen,
eines Schlammschutzes, den mechanischen und elektrischen Eigenschaften,
die Spritz- und Metallisierbarkeit sowie hinsichtlich der Kosten
ausgewählt. Als Materialien für den Tragkörper
finden insbesondere Polypropylen, Acrylnitryl-Butadienstyrol, Polycarbonat,
Polyethylenterephtalat, Polybutylenterephtalat, Polyamid, Polyphenylensulfid,
Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetherimid und Flüssigkristallpolymer
Einsatz, die auch als "commodity thermoplastics", "technical thermoplastics"
oder "HT-thermoplastics" bezeichnet werden. Die Oberflächen
für die MID-Technologie können mit in der Leiterplattentechnik üblichen
Oberflächen versehen werden, beispielsweise Zinn, Blei,
Gold (galvanisch oder chemisch) oder Nickel. Erfindungsgemäß können
die Tragkörper, die herkömmlich geformte Leiterplatten ersetzen,
beliebig geformt werden durch Einsatz der MID-Technologie. Weiterhin
sind völlig neue Funktionen möglich, wobei auch
eine Miniaturisierung der Module möglich ist.
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Für
eine MID-Technologie verwendete Werkstoffe sind u. U. ohne Zusätze
flammhemmend, können leicht recycelt werden und sind damit
umweltverträglich. Durch eine Verwendung einer MID-Technologie
können in das Statormodul 12, abweichend zu üblichen
Leiterplatten, zusätzliche Bauteile und Funktionen integriert
werden. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Verstärkungsrippen
oder Versteifungen, Kühlrippen, Buchsen zur Aufnahme von
Bauelementen oder Steckern, Verschraubungselemente, Gehäusefunktionen,
Schnappverbindungen zur Anbindung an weitere Bauelemente, Schalter,
Abschirmflächen, Dichtelemente, Integration passiver Bauteile
und/oder aktiver Bauteile wie beispielsweise Mikrocontroller, Operationsverstärker,
Lagersitze u. ä. Darüber hinaus kann unter Verwendung
der MID-Technologie eine vereinfachte und/oder verbesserte Leiterbahnentflechtung
erfolgen, wobei an Kreuzungspunkten einzelner Leitungsbahnen, u.
U. unter Einsatz eines "Jumpers", gezielt elektrische Verbindungen
vermieden werden können oder aber durch elektrische Kontakte
Kreuzungspunkte oder Verzweigungspunkte geschaffen werden können.
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Unter
der MID-Technologie ("molded interconnect devices") werden spritzgegossene
Kunststoffteile verstanden, welche elektrische Leiterbahnen tragen
und die je nach Kontur des Tragkörpers zwei- oder dreidimensionale
Leiterplatten darstellen. Unter Verwendung der MID-Technologie können elektrische
Verbindungen auch aus einer existierenden Ebene herausgeführt
werden unter beliebigen Winkeln, so dass den Leiterbahnen elektrische
Bauelemente in unterschiedlichste Bauraumrichtungen zugeordnet werden
können.
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- 10
- Elektromotor
- 11
- Rotormodul
- 12
- Statormodul/MID-Bauteil
- 13
- Spule/Mehrzahl
von Spulen
- 14
- Befestigungselement
- 15
- Gehäusegrundkörper/Spulenträger
- 16
- Sensorträger
- 17
- Ringplatine/Leiterplatte
- 18
- Grundplatte
des Elektromotors
- 19
- Magnetfeldsensoren/Positionssensoren
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10315871
A1 [0003]
- - DE 10018230 A1 [0003]
- - JP 0802366 A [0003]
- - DE 102005021726 A1 [0003]