DE102008043665A1 - Elektromotorische Antriebseinrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine elektromotorische Antriebseinrichtung, insbesondere für ein Hilfsaggregat in einem Kraftfahrzeug, ist mit einer Stromübertragungseinrichtung gekoppelt, die eine flexible Trägerfolie umfasst, auf die elektrische Leiterbahnen aufgebracht sind.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromotorische Antriebseinrichtung, insbesondere für ein Hilfsaggregat in einem Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Stand der Technik
  • In der DE 100 06 350 A1 wird ein elektrischer Fensterheberantrieb für ein Kraftfahrzeug beschrieben, der als Kommutatormotor mit einem drehfest mit der Rotorwelle umlaufenden Kommutator und darauf aufliegenden Kohlebürsten in einem Bürstenhalter ausgebildet ist. Die im Stator des Motors umlaufende Rotorwelle ist mit einer Ankerwicklung versehen, deren Stromzufuhr über die Kohlebürsten erfolgt, indem die statorfesten Kohlebürsten durch Federkraft radial auf den Umfang des fest mit der Rotorwelle verbundenen Kommutators gepresst werden.
  • Bei derartigen Antriebseinrichtungen für Hilfsaggregate in einem Kraftfahrzeug ist zum einen auf eine klein bauende Ausführung bei zugleich hoher Stabilität zu achten, zum andern müssen üblicherweise auch elektronische Bauteile zur Regelung bzw. Steuerung des elektrischen Antriebs in die Antriebseinrichtung integriert werden, wobei bezüglich der elektronischen Bauteile eine hohe Funktionssicherheit bei den im regulären Betrieb auftretenden Belastungen gewährleistet sein muss.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen eine elek tromotorische Antriebseinrichtung zu schaffen, die einerseits ein hohes Maß an konstruktiven Gestaltungsmöglichkeiten bietet und andererseits auch erhöhten Belastungen standhält.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
  • Die erfindungsgemäß elektromotorische Antriebseinrichtung wird bevorzugt für ein Hilfsaggregat in einem Kraftfahrzeug eingesetzt, beispielsweise als Schiebedachantrieb, Fensterheber, Sitzverstellmotor, Wischermotor oder Ähnliches. Die elektromotorische Antriebseinrichtung ist gegebenenfalls mit einem Getriebe gekoppelt, beispielsweise mit einem Schneckengetriebe, das in einem Getriebegehäuse angeordnet ist, welches bevorzugt mit dem Motorgehäuse verbunden ist. Gegebenenfalls kommt auch eine einteilige Ausführung von Getriebegehäuse und Motorgehäuse in Betracht. In dem Getriebegehäuse bzw. dem Motorgehäuse können zusätzliche Bauteile, insbesondere eine elektronische Leiterplatte aufgenommen sein.
  • Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Stromübertragungseinrichtung, welche zur Stromversorgung des elektrischen Antriebsmotors dient, eine flexible Trägerfolie umfasst, auf die elektrische Leiterbahnen aufgebracht sind. Diese elektrischen Leiterbahnen sind mit einer Bürsteneinrichtung verbunden, über die die Stromzufuhr zur Ankerwicklung auf den Rotor des Antriebsmotors erfolgt.
  • Die Flexibilität der Trägerfolie ermöglicht einen Bewegungsausgleich, insbesondere für den Fall, dass der den Antriebsmotor enthaltende Teil der Antriebseinrichtung gegenüber einem Bauteil, mit dem die Stromübertragungseinrichtung verbunden ist, eine Relativbewegung ausführt. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Stromübertragungseinrichtung die Bürsteneinrichtung mit einer Leiterplatte oder sonstigen elektronischen Bauteilen verbindet, wobei die Leiterplatte bzw. die Bauteile beispielsweise im Getriebegehäuse der Antriebseinrichtung aufgenommen sind und das Getriebegehäuse bezogen auf den Elektromotor eine Relativbewegung ausführen kann, die durch Schwingungen verursacht wird. Aufgrund der Flexibilität kann sich die Trägerfolie verwinden sowie einen Längenausgleich in eine Raumrichtung oder in mehrere Raumrichtungen ausführen. Außerdem erfolgt keine Übertragung der Schwingungen über die Trägerfolie.
  • Ein weiterer Vorteil der flexiblen Trägerfolie liegt in der Möglichkeit eines Toleranzausgleiches, also im Unterschied zum vorbeschriebenen Schwingungsausgleich nicht im Bereich einer dynamischen Kompensation, sondern in einer statischen Überbrückung von Bauteiltoleranzen bzw. Toleranzen, die durch den Zusammenbau entstehen.
  • Das Aufbringen elektrischer Leiterbahnen auf die Trägerfolie beeinträchtigt die Flexibilität der Trägerfolie nicht bzw. nicht in signifikanter Weise. Zugleich ist die Grundfunktion der elektrischen Signalübertragung bzw. Stromübertragung zur Bürsteneinrichtung gewährleistet. Die elektrischen Leiterbahnen sind beispielsweise als Kupferbahnen ausgeführt, die auf die Trägerfolie aufgebracht werden. Die Kupferbahnen werden bürstenseitig elektrisch mit den Bürsten verbunden, in gleicher Weise erfolgt ein elektrischer Anschluss auf der der Bürsteneinrichtung abgewandten Seite mit den elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen, welche sich insbesondere auf der elektronischen Leiterplatte befinden. Die elektrische Verbindung erfolgt beispielsweise durch Löten.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass auf die flexible Trägerfolie elektronische SMD-Bauelemente (Surface Mounted Device) und/oder bedrahtete elektronische Bauteile aufgebracht sind. Bei den SMD-Bauteilen handelt es sich beispielsweise um Hall-Sensoren oder Varistoren bzw. Kondensatoren. Diese elektronischen Bauteile werden bevorzugt auf die Trägerfolie aufgelötet. Das Aufbringen zusätzlicher elektronischer Bauelemente auf die Trägerfolie erlaubt die Integration weiterer Funktionalitäten in die Stromübertragungseinrichtung. Beispielsweise kann über einen Hall-Sensor auf der Trägerfolie die aktuelle Rotorlage des elektronischen Antriebsmotors bestimmt werden.
  • Auf der Bürstenseite kann die Trägerfolie je nach Konfiguration der Bürsteneinrichtung eine unterschiedliche konstruktive Gestalt aufweisen. Ein Abschnitt der Trägerfolie ist auf einen Bürstenträger der Bürsteneinrichtung aufgesetzt, auf dem die Bürsten aufgenommen sind, wobei die Bürsten vorzugsweise durch Ausnehmungen in der Trägerfolie hindurchragen und in der vorbeschriebenen Weise mit den elektrischen Leiterbahnen auf der Trägerfolie elektrisch verbunden sind. Im Falle einer axialen Anordnung des Bürstenträgers am Stator des Elek tromotors wird vorzugsweise auch ein Abschnitt der Trägerfolie axial auf den Bürstenträger aufgesetzt. Der mit einem Grundkörper des Bürstenträgers verbundene Abschnitt der Trägerfolie ist hierbei entweder als geschlossener Ring oder teilkreisförmig ausgeführt. Grundsätzlich möglich ist es aber auch, die Folie abschnittsweise mit ihrer Kante bzw. Schmalseite auf den Bürstenträger-Grundkörper aufzusetzen und mit den Bürsten elektrisch zu verbinden.
  • Gemäß einer alternativen Ausführung befindet sich der Bürstenträger am Außenumfang des Stators, wobei in diesem Fall ein Abschnitt der Trägerfolie radial auf die Außenseite des Grundkörpers des Bürstenträgers aufgesetzt und die Leiterbahnen auf der Trägerfolie mit den Bürsten elektrisch verbunden sind.
  • Die aus flexiblem Material gefertigte Trägerfolie besteht beispielsweise aus Polyimid (PI) oder Polypropylen (PP).
  • Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht einer elektromotorischen Antriebseinrichtung, bestehend aus einem Elektromotor und einem mit einem Poltopf des Elektromotors verbundenen Getriebegehäuse, in welchem eine elektronische Leiterplatte aufgenommen ist, wobei ein Bürstenträger des Elektromotors über eine flexible Trägerfolie mit der Leiterplatte verbunden ist,
  • 2 in perspektivischer Ansicht die Stirnseite des Elektromotors mit einer Darstellung des Bürstenträgers sowie der flexiblen Trägerfolie zur elektrischen Verbindung der Bürsten mit der elektronischen Leiterplatte,
  • 3 die flexible Trägerfolie aus 2 in Einzeldarstellung,
  • 4 eine perspektivische, stirnseitige Ansicht eines Bürstenträgers mit einer flexiblen Trägerfolie in einer alternativen Ausführung,
  • 5 die Trägerfolie aus 4 in Einzeldarstellung,
  • 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Trägerfolie abschnittsweise mit ihrer Schmalseite auf die Stirnseite des Bürstenträgers aufgesetzt ist,
  • 7 die Trägerfolie aus 6 in Einzeldarstellung,
  • 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Trägerfolie auf die radiale Außenseite des Bürstenträgers aufgesetzt ist,
  • 9 die Trägerfolie aus 8 in Einzeldarstellung.
  • In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In 1 ist eine elektromotorische Antriebseinrichtung dargestellt, die zum Antrieb eines Hilfsaggregates in einem Fahrzeug eingesetzt wird, beispielsweise als Schiebedachantrieb, Fensterheber, Sitzverstellmotor oder Wischermotor. Die Antriebseinrichtung 1 umfasst einen Elektromotor 2, der als Innenläufer-Motor ausgebildet ist und in einem Poltopf 3, der Teil des Stators ist, eine um die Drehachse 4 umlaufende Rotorwelle aufweist. Der Poltopf des Elektromotors 2 ist mit einem Getriebegehäuse 5 verbunden, der ein Getriebe zur Unter- oder Übersetzung der Rotordrehzahl aufnimmt. Poltopf 3 und Getriebegehäuse 5 bilden separat voneinander ausgebildete, jedoch in der Montageposition zusammenhängende Bauteile.
  • Einteilig mit dem Getriebegehäuse 5 ist eine Elektronikaufnahmeeinrichtung 6 ausgebildet, die zur Aufnahme einer elektronischen Leiterplatte 7 dient. Die elektrische Verbindung zwischen dem Elektromotor 2 und der elektronischen Leiterplatte 7 erfolgt mithilfe einer Stromübertragungseinrichtung, die eine flexible Trägerfolie 8 mit darauf aufgebrachten elektrischen Leiterbahnen umfasst. Über die Stromübertragungseinrichtung wird der Elektromotor 2 bestromt und zugleich gesteuert bzw. geregelt. Die Trägerfolie 8 ist flexibel ausgebildet, wodurch Schüttel- oder Schwingungsbeanspruchungen, denen die Antriebseinrichtung 1 unterworfen ist und die zu einer Relativbewegung zwischen dem Elektromotor 2 sowie der Leiterplatte 7 im Getriebegehäuse 5 führen, kompensiert werden können, und zwar ohne Beeinträchtigung des elektrischen Kontaktes zwischen der Trägerfolie und Bürsten am Elektromotor bzw. der elektronischen Leiterplatte 7. Die Relativ bewegung zwischen Elektromotor 2 und Leiterplatte 7 kann ein- oder mehrdimensional ausgeprägt sein und von der Trägerfolie 8 ausgeglichen werden.
  • In 2 ist ein Bürstenträger 9 in perspektivischer Einzeldarstellung gezeigt, einschließlich der axial stirnseitig aufgebrachten Trägerfolie 8. Die Trägerfolie 8 ist zudem in 3 in Einzeldarstellung gezeigt.
  • Wie 2 in Verbindung mit 3 zu entnehmen, weist die Trägerfolie 8 einen zu einem Ring geformten Abschnitt 8a auf, der stirnseitig axial auf dem Bürstenträger 9 aufliegt und mit Ausnehmungen zur Aufnahme von Bürsten 10, die mit einem mit der Rotorwelle verbundenen Kommutator in Kontakt stehen, sowie von Drosseln 11 ausgebildet ist. Der Bürstenträger 9 und die Bürsten 10, die insbesondere als Hammerbürsten ausgeführt sind, bilden hierbei eine Bürsteneinrichtung, über die eine Ankerwicklung auf der Rotorwelle des Elektromotors mit Strom versorgt wird. Die Stromzufuhr erfolgt über elektrische Leiterbahnen auf der Oberfläche der Trägerfolie 8, die auf der dem Elektromotor abgewandten Seite mit ihrem freien Abschnitt 8b mit der Leiterplatte (1) elektrisch verbinden ist. Der Abschnitt 8b der Trägerfolie 8 ist gegenüber der Ebene des ringförmigen Abschnittes 8a abgewinkelt und im eingebauten Zustand gemäß 2 durch einen Spalt in der Mantelfläche des Bürstenträgers 9 geführt, wobei an dieser Stelle zusätzlich eine Abdichtung vorgesehen sein kann.
  • Die Trägerfolie 8 wird zweckmäßigerweise aus einer ebenen Folie ausgestanzt und in die gewünschte Form gefaltet. In der ringförmigen Ausführung gemäß 2 und 3 sind an der Ringinnenseite zusätzliche Kontaktabschnitte 8c ausgebildet, die vorzugsweise zur Aufnahme eines zusätzlichen elektronischen IC-Bauteiles dienen, beispielsweise eines Hall-Sensors.
  • Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 und 5 ist der Bürstenträger 9 ebenso wie im ersten Ausführungsbeispiel bezogen auf die Rotorwelle axial angeordnet. Auch die Trägerfolie 8 ist an der außen liegenden, axialen Stirnseite des Bürstenträgers 9 angeordnet. Allerdings ist der flächig auf der Stirnseite des Bürstenträgers 9 aufliegende Abschnitt 8a der Trägerfolie 8 lediglich teilkreisförmig, im Ausführungsbeispiel etwa halbkreisförmig ausgeführt. Der Verbindungsabschnitt 8b, über den die Trägerfolie an die elektronische Leiterplatte angekoppelt ist, ist gegenüber der Ebene des Abschnittes 8a winklig abgebogen. Auf der radial innen liegenden Seite des teilkreisförmigen Abschnittes 8a befinden sich die ebenfalls abgewinkelten Kontaktabschnitte 8c; im Ausführungsbeispiel sind zwei derartige Kontaktabschnitte 8c vorgesehen.
  • An der radialen Innenseite befindet sich an einem der Kontaktabschnitte 8c ein Hall-Sensor 12, mit dem die aktuelle Rotorlage der Rotorwelle bestimmt werden kann. Der Hall-Sensor 12 ist auf die Oberfläche des Kontaktabschnittes 8c aufgebracht.
  • Im Ausführungsbeispiel gemäß 6 und 7 ist der Bürstenträger 9 ebenfalls axial bezogen auf die rotierende Rotorwelle im Elektromotor angeordnet. Die Trägerfolie 8 weist einen an der axialen Stirnseite des Bürstenträgers 9 mit der Schmalseite aufliegenden Abschnitt 8d auf, an den sich stirnseitig jeweils die Abschnitte 8a anschließen, welche mit den Bürsten 10 in elektrischem Kontakt stehen. Die Abschnitte 8a liegen wie in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen flächig auf der Stirnseite des Bürstenträgers 9 auf. Der Abschnitt 8b zur Verbindung mit der Leiterplatte schließt sich an einen der Abschnitte 8a an.
  • Im Ausführungsbeispiel gemäß den 8 und 9 umschließt der Grundkörper des Bürstenträgers 9 die Rotorwelle radial, so dass die Bürsten 10 in Radialrichtung in Kontakt mit dem Kommutator der Rotorwelle liegen. Der Abschnitt 8a der Trägerfolie 8 befindet sich an der radial außen liegenden Außenseite des Bürstenträgers 9. Die Bürsten 10 sind dementsprechend durch Ausnehmungen in der Trägerfolie geführt und erstrecken sich in Radialrichtung. An der radial innen liegenden Seite des Abschnittes 8a sind die Kontaktabschnitte 8c ausgebildet (9), die Träger von IC-Bauelementen sein können, beispielsweise eines Hall-Sensors.
  • Die Bürsteneinrichtung umfasst in einer vortailhaft Ausführung Hammerbürsten.
  • Durch die Kombination von der flexiblen Trägerfolie, den SMD-Bauteilen und den Bürsten, insbesondere den Hammerbürsten, kann eine signifikante Bauraumreduzierung erzielt werden.
  • Die flexible Trägerfolie muss nicht direkt mit der elektronischen Leiterplatte verbunden sein, sondern kann auch mit einem elektrischen Stecker verbunden werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10006350 A1 [0002]

Claims (14)

  1. Elektromotorische Antriebseinrichtung (1), insbesondere für ein Hilfsaggregat in einem Kraftfahrzeug, mit einem Stator und einem Rotor und mit einer Bürsteneinrichtung (9, 10), welche mit einer Stromübertragungseinrichtung gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromübertragungseinrichtung eine flexible Trägerfolie (8) umfasst, auf die elektrische Leiterbahnen aufgebracht sind, die mit der Bürsteneinrichtung verbunden sind.
  2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiterbahnen auf der Trägerfolie (8) als Kupferbahnen ausgeführt sind.
  3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfolie (8) auf der der Bürsteneinrichtung (9, 10) abgewandten Seite mit einer Baueinheit (7) verbunden ist, die in einem vom Motorgehäuse (3) separat ausgebildeten Gehäuse (5) aufgenommen ist.
  4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse zur Aufnahme der Baueinheit (7) ein Getriebegehäuse (5) ist, das mit dem Motorgehäuse (3) verbunden ist.
  5. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfolie (8) auf der der Bürsteneinrichtung (9, 10) abgewandten Seite mit einer elektronischen Leiterplatte (7) verbunden ist.
  6. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfolie (8) Träger von elektronischen Bauelementen ist, beispielsweise eines IC-Hallsensors (12).
  7. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürsteneinrichtung einen Bürstenträger (9) umfasst, auf dem die Bürsten (10) aufgenommen sind, wobei ein Abschnitt (8a, 8b, 8c, 8d) der Trägerfolie (8) auf den Bürstenträger (9) aufgesetzt ist.
  8. Antriebseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bürstenträger (9) axial am Stator angeordnet ist und der Abschnitt (8a, 8b, 8c, 8d) der Trägerfolie (8) axial auf den Bürstenträger (9) aufgesetzt ist.
  9. Antriebseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Bürstenträger (9) verbundene Abschnitt (8a, 8b, 8c, 8d) der Trägerfolie (8) ringförmig ausgebildet ist.
  10. Antriebseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Bürstenträger (9) verbundene Abschnitt (8a, 8b, 8c, 8d) der Trägerfolie (8) teilkreisförmig ausgebildet ist.
  11. Antriebseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Bürstenträger (9) verbundene Abschnitt (8a, 8b, 8c, 8d) der Trägerfolie (8) mit seiner Schmalseite axial auf den Bürstenträger (9) aufgesetzt ist.
  12. Antriebseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bürstenträger (9) am Außenumfang des Stators angeordnet ist und der Abschnitt (8a, 8b, 8c, 8d) der Trägerfolie (8) radial auf die Außenseite des Bürstenträger (9) aufgesetzt ist.
  13. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in die Trägerfolie (8) Ausnehmungen zur Aufnahme von Bürsten (10) der Bürsteneinrichtung eingebracht sind.
  14. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfolie (8) aus Polyimid (PI) oder aus Polypropylen (PP) besteht.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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