DE102011056827A1

DE102011056827A1 - Elektromotor

Info

Publication number: DE102011056827A1
Application number: DE102011056827A
Authority: DE
Inventors: Hong Wei Zhang; Biao Yu
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric International AG
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2012-07-12
Also published as: CN102593997B; US8970078B2; US20120175980A1; CN102593997A

Abstract

Ein Elektromotor hat einen Ständer, einen Läufer und eine Endabdeckung. Der Ständer hat ein Gehäuse und an der Innenfläche des Gehäuses befestigte Magnete. Das Gehäuse hat ein offenes Ende, das durch die Endabdeckung verschlossen ist. Der Läufer hat eine Welle, einen Anker und einen an der Welle befestigten Kommutator. Die Endabdeckung umfasst ein Abdeckgehäuse, eine integral in dem Abdeckgehäuse ausgebildete Stützplatte, ein Lager und eine in dem Abdeckgehäuse montierte Leiterplatte. Die Stützplatte unterteilt den Innenraum des Abdeckgehäuses in einen ersten Hohlraum und in einen zweiten Hohlraum. Die Bürsten sind in dem ersten Hohlraum montiert, das Lager ist an der Stützplatte montiert, und die Leiterplatte ist in dem zweiten Hohlraum montiert.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einer Endabdeckung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein Elektromotor hat in der typischen Weise einen Ständer und einen Läufer. Der Ständer hat ein Hohlgehäuse mit einem offenen Ende, und das offene Ende des Gehäuses ist zur Abdichtung des Gehäuses mit einer Endabdeckung verschlossen. Der Läufer ist in dem Gehäuse aufgenommen, wobei sich seine Welle aus der Endabdeckung heraus erstreckt. Die Endabdeckung umfasst mehrere an ihr montierte Komponenten, zum Beispiels eine Leiterplatte (PCB) mit mehreren, darauf montierten elektronischen Komponenten, Bürsten für die Stromversorgung des Läufers und ein Lager, das die Läuferwelle drehbar stützt. Folglich verbleibt kein Raum für die Montage von anderen Komponenten, zum Beispiel von elektromagnetischen Verträglichkeitskomponenten (EMV).
Eine Lösung, die in der US-Patentanmeldungspublikation Nr. US2010-0181853 beschrieben ist, sieht eine Extraschutzabdeckung vor, die speziell für die Montage der PCB hinzugefügt wurde. Bei einer Montage der PCB an der Schutzabdeckung verbleibt ausreichend Raum in der Endabdeckung, um weitere Komponenten wie beispielsweise elektronische Verträglichkeitskomponenten (EMV) montieren zu können. Diese Extraschutzabdeckung macht den Motor jedoch komplex, und die Montage des Motors ist zeitaufwendig.
Aus diesem Grund ist ein Motor erwünscht, bei dem die vorstehend genannten Probleme beseitigt werden können.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Elektromotor angegeben, umfassend: einen Ständer mit einem Gehäuse, an dessen Innenfläche mehrere Magnete befestigt sind und das ein offenes Ende hat; einen Läufer mit einer Welle, einem Anker und einem an der Welle befestigten Kommutator, wobei der Läufer in dem Gehäuse aufgenommen ist und eine äußere Peripherie des Ankers den Magneten des Ständers gegenüberliegt; und eine das offene Ende des Gehäuses des Ständers verschließende Endabdeckung, die umfasst: ein Abdeckgehäuse; eine Stützplatte, die integral in dem Abdeckgehäuse ausgebildet ist, wobei die Stützplatte einen Innenraum des Abdeckgehäuses in einen dem Gehäuse gegenüberliegenden ersten Hohlraum und einen von dem Gehäuse entfernten zweiten Hohlraum unterteilt; mehrere Bürsten, die in dem ersten Hohlraum des Abdeckgehäuses montiert sind; ein an der Stützplatte montiertes Lager und eine in dem zweiten Hohlraum des Abdeckgehäuses montierte Leiterplatte.
Vorzugsweise umfasst der Motor ferner einen Verbinder, der integral mit dem Abdeckgehäuse ausgebildet ist, wobei der Verbinder mehrere Anschlüsse hat, die jeweils mit der Leiterplatte und mit den Bürsten verbunden sind.
Vorzugsweise schließt sich der Verbinder an eine radial äußere Peripherie des Abdeckgehäuses an, und die Anschlüsse erstrecken sich in das Abdeckgehäuse hinein.
Vorzugsweise sind die Anschlüsse jeweils an die Kontakte der Leiterplatte gelötet.
Vorzugsweise ist die Leiterplatte parallel zur axialen Richtung des Motors angeordnet.
Vorzugsweise umfasst der Motor ferner einen PTC, der in dem ersten Hohlraum des Abdeckgehäuses montiert ist, wobei die Mehrzahl von Bürsten eine erste und eine zweite Bürste umfasst und der PTC mit der ersten Bürste elektrisch in Reihe geschaltet ist.
Vorzugsweise umfasst der Motor fernereine erste Drossel, die mit der ersten Bürste elektrisch verbunden ist, und eine zweite Drossel, die mit der zweiten Bürste elektrisch verbunden ist, wobei die erste und die zweite Bürste in dem ersten Hohlraum des Abdeckgehäuses angeordnet sind.
Vorzugsweise umfasst der Motor ferner einen Kondensator, der in dem ersten Hohlraum des Abdeckgehäuses montiert ist, wobei der Kondensator elektrisch zwischen die erste Bürste und die zweite Bürste geschaltet ist.
Vorzugsweise umfasst der Motor ferner einen Hall-Sensor, der auf der Leiterplatte montiert ist, wobei der Läufer ferner einen Ringmagnet aufweist, der an der Welle montiert und in dem zweiten Hohlraum des Abdeckgehäuses angeordnet ist. Der Ringmagnet wird in Kombination mit dem Hall-Sensor für die Erfassung einer Drehgeschwindigkeit des Läufers verwendet.
Vorzugsweise umfasst der Motor ferner einen Erdungsanschluss, dessen eines Ende sich in den Verbinder erstreckt und mit einem der Mehrzahl von Anschlüssen elektrisch verbunden ist, und dessen anderes Ende zwischen dem Abdeckgehäuse und dem Gehäuse aufgenommen und mit dem Gehäuse elektrisch verbunden ist.
Vorzugsweise umfasst der Motor ferner eine weitere Leiterplatte und einen Erdungskondensator, der auf dieser weiteren Leiterplatte montiert ist, wobei der Erdungskondensator ein Ende der Anschlüsse mit dem Gehäuse verbindet.
Vorzugsweise ist die weitere Leiterplatte im Wesentlichen senkrecht zu einer axialen Richtung des Motors angeordnet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung wird nunmehr anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die Figuren der anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, tragen in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, die gleichen Bezugszeichen. Die Dimensionen von Komponenten und Merkmalen, die in den Figuren dargestellt sind, sind allgemein im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren sind im Folgenden aufgelistet.
1 ist eine isometrische Darstellung eines zusammengebauten Motors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei eine an einem Ständer montierte Endabdeckung dargestellt ist;
2 ist eine zum Teil auseinandergezogene Darstellung des Motos von 1;
3 ist ähnlich wie 1, wobei jedoch zur Darstellung der inneren Struktur der Endabdeckung die Endplatte von der Endabdeckung entfernt wurde;
4 zeigt lediglich die Endabdeckung von 3, wobei ebenfalls die Endplatte entfernt wurde;
5 zeigt die Endabdeckung von 4 von unten;
6 ist eine Draufsicht auf die Endabdeckung von 4 von unten;
7 ist eine Schnittansicht der Endabdeckung von 6, entlang einer Linie VII-VII von 6;
8 zeigt die Relation zwischen Anschlüssen, einer PCB, Bürsten und einem EMV-Bauteil, die sämtlich in der Endabdeckung von 4 montiert sind;
9 ist ähnlich wie 8, jedoch von einem anderen Blickpunkt, wobei die PCB und zwei Anschlüsse entfernt wurden;
10 zeigt die Relation zwischen zwei der Anschlüsse und der PCB von 8;
11 zeigt eine Endabdeckung eines Motors gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei der Motor ferner eine zusätzliche Leiterplatte aufweist, auf der Erdungskondensatoren montiert sind;
12 zeigt die Relation zwischen den Anschlüssen und den Erdungskondensatoren der Endabdeckung von 11;
13 zeigt eine Endabdeckung eines Motors gemäß einer dritten Ausführungsform, wobei eine Endplatte von der Endabdeckung entfernt wurde;
14 zeigt die Endabdeckung von 13 von unten betrachtet; und
15 zeigt die Relation zwischen Anschlüssen und Bürsten der Endabdeckung von 13.
DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird auf die 1 und 2 Bezug genommen, in denen der Motor 100 einen Ständer 10, einen in dem Ständer 10 aufgenommenen Läufer 15 und eine mit dem Ständer 10 verbundene Endabdeckung 20 aufweist. Der Ständer 10 hat ein Gehäuse 12 mit einem offenen Ende, wobei eine Mehrzahl von Permanentmagneten 14 an einer Innenfläche des Gehäuses 12 befestigt ist. Der Läufer 15 hat eine Welle 11, einen Anker 16 und einen an der Welle 11 befestigten Kommutator 17. Die Welle 11 erstreckt sich durch den Ständer 10, um ein Drehmoment des Läufers 15 zu übertragen, wenn sich der Läufer 15 relativ zu dem Ständer 10 dreht. Der Läufer 15 ist in dem Gehäuse 12 aufgenommen, wobei eine radial äußere Peripherie des Ankers 16 den Magneten 14 gegenüberliegt. Die Endabdeckung 20 verschließt das offene Ende des Gehäuses 12, wenn der Ständer 10, der Läufer 15 und die Endabdeckung 20 montiert sind.
Die Endabdeckung 20 umfasst ein Abdeckgehäuse 23 und einen damit integral als monolithische Konstruktion ausgebildeten Verbinder 26. Insbesondere sind das Abdeckgehäuse 23 und der Verbinder 26 als ein einziges Formteil ausgebildet. Das Abdeckgehäuse 23 erstreckt sich entlang einer axialen Richtung des Motors 100. Der Verbinder 26 schließt sich an eine radial äußere Peripherie des Abdeckgehäuses 23 an und erstreckt sich entlang einer zur axialen Richtung des Motors 100 im Wesentlichen senkrechten Richtung.
Es wird auch auf die 3 bis 5 Bezug genommen, in denen das Abdeckgehäuse 23 die Form eines Hohlzylinders mit zwei axial offenen Enden hat. Ein offenes Ende des Abdeckgehäuses 23 ist mit dem offenen Ende des Gehäuses 12 des Ständers 10 verbunden. Das andere offene Ende des Abdeckgehäuses 23 ist durch eine Endplatte 27 verschlossen. Eine Stützplatte 24 ist integral in dem Abdeckgehäuse 23 ausgebildet und befindet sich in einer axialen Mitte des Abdeckgehäuses 23. Insbesondere bilden die Stützplatte 24 und das Abdeckgehäuse 23, indem sie als ein einziges Formteil hergestellt sind, eine monolithische Konstruktion. Die Stützplatte 24 ist senkrecht zu einer axialen Richtung des Abdeckgehäuses 23 angeordnet, so dass die Stützplatte 24 einen Innenraum des Abdeckgehäuses 23 entlang der axialen Richtung des Abdeckgehäuses 23 in zwei Hohlräume 28, 29 unterteilt. Die beiden Hohlräume 28, 29 bilden einen ersten Hohlraum 28, der dem Ständer 10 gegenüberliegt, und einen zweiten Hohlraum 29, der von dem Ständer 10 entfernt angeordnet ist.
Bürsten 49 und 50 sind in dem ersten Hohlraum 28 des Abdeckgehäuses 23 installiert. Die Bürsten 49 und 50 sind derart angeordnet, dass sie sich mit dem Kommutator 17 in Gleitkontakt befinden, um den Läufer 15 mit Strom zu versorgen. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Kommutator 17 des Läufers zumindest teilweise in dem ersten Hohlraum 28 des Abdeckgehäuses 23 aufgenommen, um einen guten Kontakt zwischen den Bürsten 49, 50 und dem Kommutator 17 sicherzustellen. Eine Leiterplatte (PCB) 34 mit einem darauf montierten Hall-Sensor 35 ist in dem zweiten Hohlraum 29 des Abdeckgehäuses 23 installiert. In dieser Ausführungsform ist die PCB 34 in einer Befestigungsnut des Abdeckgehäuses 23 aufgenommen und parallel zu der axialen Richtung des Motors 100 angeordnet.
Ein Lager 25 ist zur drehbaren Lagerung der Welle 11 an der Stützplatte 24 montiert. Die Welle 11 des Läufers 15 erstreckt sich durch den ersten Hohlraum 28, durch das Lager 25 und in den zweiten Hohlraum 29 hinein. Ein Ringmagnet 13 ist an der Welle 11 des Läufers 15 montiert und befindet sich in dem zweiten Hohlraum 29. Wenn sich die Welle 11 dreht, dreht sich der Ringmagnet 13 mit der Welle 11. Der Ringmagnet 13 und der Hall-Sensor 35 werden zur Erfassung der Drehgeschwindigkeit des Läufers 15 verwendet.
Es wird auf die 6 bis 9 Bezug genommen, in denen in dem Verbinder 26 durch Spritzgießen vier Anschlüsse 31, 32, 41 und 42 gebildet sind. Die Anschlüsse 31 und 32 erstrecken sich in den zweiten Hohlraum 29 des Abdeckgehäuses 23 und sind mit der PCB 34 elektrisch verbunden, um die PCB 34 mit Strom zu versorgen und um Feedback-Signale von dem Hall-Sensor 35 zu empfangen. In dieser Ausführungsform sind die Anschlüsse 31 und 32 an die Kontakte 36 der PCB 34 gelötet.
In 9, auf die nunmehr Bezug genommen wird, erstrecken sich die Anschlüsse 41 und 42 in den ersten Hohlraum 28 des Abdeckgehäuses 23 und sind mit den Bürsten 49 bzw. 50 elektrisch verbunden, um Strom zu dem Motor 100 zu leiten. Ein Kaltleiter (PTC) 48 mit positiven Temperaturkoeffizient ist zwischen dem Anschluss 41 und der Bürste 49 elektrisch in Reihe geschaltet, um den Motor vor einer Überhitzung zu schützen.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Endabdeckung 20 ferner elektromagnetische Verträglichkeitskomponenten (EMV-Komponenten), um das Niveau der elektromagnetischen Verträglichkeit des Motors 100 zu verbessern. Die EMV-Komponenten umfassen eine erste Drossel 45, eine zweite Drossel 46 und einen Kondensator 47. Der Kondensator 47 ist elektrisch zwischen die Bürsten 49 und 50 geschaltet. Der Anschluss 41, ein erster Plattenleiter 43, die erste Drossel 45, der PTC 48 und die Bürste 49 sind elektrisch in Reihe geschaltet. Vorzugsweise wird die Verbindung zwischen diesen Komponenten durch Pressverbindungen, auch als mechanische Verbindungen bekannt, erzielt. Der Anschluss 42, ein zweiter Plattenleiter 44, die zweite Drossel 46 und die Bürste 50 sind elektrisch in Reihe geschaltet. Die Verbindungen zwischen diesen Komponenten werden vorzugsweise in ähnlicher Weise durch Pressverbindungen erzielt, die die Vormontage der Endabdeckung 20 vereinfachen und infolgedessen die Kosten des Motors 100 reduzieren.
Es wird auf die 5, 8 und 10 Bezug genommen, die zeigen, dass die Endabdeckung ferner einen Erdungsanschluss 33 aufweist. Ein Ende des Erdungsanschlusses 33 erstreckt sich in den Verbinder 26 und ist elektrisch mit dem Anschluss 32 verbunden. Das andere Ende des Erdungsanschlusses 33 ist zwischen dem Abdeckgehäuse 23 und dem Gehäuse 12 angeordnet und elektrisch mit dem Gehäuse 12 verbunden.
Die 11 und 12 zeigen eine Endabdeckung 30 des Motors gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Endabdeckung 30 dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform lediglich dadurch, dass die Endabdeckung 30 eine weitere Leiterplatte 51 mit zwei auf dieser montierten Erdungskondensatoren 52 umfasst. Jeder Erdungskondensator 52 verbindet jeweils einen Anschluss 41 oder 42 mit dem Gehäuse des Motors. Die Erdungskondensatoren 52 verbessern das Niveau der elektromagnetischen Verträglichkeit des Motors noch weiter. In dieser Ausführungsform ist die weitere Leiterplatte 51 in dem ersten Hohlraum 28 der Endabdeckung 30 montiert und im Wesentlichen parallel zu der Stützplatte 24 angeordnet. Mit anderen Worten: Die weitere Leiterplatte 51 ist im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung des Motors angeordnet.
Die 13 bis 15 zeigen eine Endabdeckung 40 eines Motors gemäß einer dritten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform ist die Endabdeckung 40 einfacher ausgebildet als die Endabdeckung 20 der ersten Ausführungsform, da auf die EMV-Komponenten verzichtet wurde. in dieser Ausführungsform ist der erste Plattenleiter 43 direkt mit dem PTC 48 verbunden. Der zweite Plattenleiter 44 ist direkt mit der Bürste 50 verbunden. Sofern es notwendig sein sollte, wird in dem ersten Hohlraum 28 des Abdeckgehäuses 231 Raum für EMV-Komponenten reserviert.
Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Abwandlungen in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung sind in einem einschließenden Sinne zu verstehen. Sie geben an, dass das genannte Element vorhanden ist, schließen jedoch nicht aus, dass noch weitere Elemente vorhanden sind.
Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedenen Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzrahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Elektromotor, umfassend: einen Ständer (10), der ein Gehäuse (12) und eine Mehrzahl von an der Innenfläche des Gehäuses befestigten Magneten (14) umfasst, wobei das Gehäuse ein offenes Ende hat; einen Läufer (15), der eine Welle (11), einen Anker (16) und eine an der Welle befestigten Kommutator (17) umfasst, wobei der Läufer in dem Gehäuse aufgenommen ist und eine äußere Peripherie des Ankers den Magneten des Ständers gegenüberliegt; und eine Endabdeckung (20), die das offene Ende des Gehäuses (12) verschließt, wobei die Endabdeckung ein Abdeckgehäuse (23), eine Mehrzahl von Bürsten (49, 50), ein Lager (25) und eine Leiterplatte (34) umfasst, gekennzeichnet durch eine Stützplatte (24), die integral in dem Abdeckgehäuse ausgebildet ist, wobei die Stützplatte einen Innenraum des Abdeckgehäuses in einen ersten Hohlraum (28), der dem Gehäuse gegenüberliegt, und einen zweiten Hohlraum (29), der von dem Gehäuse entfernt ist, unterteilt, wobei die Mehrzahl von Bürsten (49, 50) in dem ersten Hohlraum des Abdeckgehäuses montiert ist, wobei das Lager (25) an der Stützplatte (24) montiert ist und wobei die Leiterplatte (34) in dem zweiten Hohlraum (29) des Abdeckgehäuses montiert ist.
Motor nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Verbinder (26), der integral mit dem Abdeckgehäuse (23) ausgebildet ist, wobei der Verbinder eine Mehrzahl von Anschlüssen (31, 32, 41, 42) aufweist, die mit der Leiterplatte (34) und mit den Bürsten (49, 50) jeweils elektrisch verbunden sind.
Motor nach Anspruch 2, wobei sich der Verbinder (26) an eine radial äußere Peripherie des Abdeckgehäuses (23) anschließt.
Motor nach Anspruch 1, 2 oder 3, ferner umfassend einen PTC (48), der in dem ersten Hohlraum (28) des Abdeckgehäuses montiert ist, wobei die Mehrzahl von Bürsten (49, 50) eine erste Bürste (49) und eine zweite Bürste (50) umfasst und der PTC (48) mit der ersten Bürste (49) in Reihe geschaltet ist.
Motor nach Anspruch 4, ferner umfassend eine erste Drossel (45), die mit der ersten Bürste (49) elektrisch verbunden ist, und eine zweite Drossel (46), die mit der zweiten Bürste (50) elektrisch verbunden ist, wobei die erste und die zweite Drossel in dem ersten Hohlraum (28) des Abdeckgehäuses angeordnet sind.
Motor nach Anspruch 4 oder 5, ferner umfassend einen Kondensator (47), der in dem ersten Hohlraum (28) des Abdeckgehäuses montiert ist, wobei der Kondensator elektrisch zwischen die erste Bürste (49) und die zweite Bürste (50) geschaltet ist.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Hall-Sensor (35), der auf der Leiterplatte (34) montiert ist, wobei der Läufer (15) ferner einen Ringmagnet (13) aufweist, der an der Welle (11) montiert ist und in dem zweiten Hohlraum (29) des Abdeckgehäuses liegt, wobei der Ringmagnet und der Hall-Sensor zur Erfassung einer Drehgeschwindigkeit des Läufers verwendet werden.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Erdungsanschluss (33), wobei sich ein Ende des Erdungsanschluss in den Verbinder (26) erstreckt und mit einem der Mehrzahl von Anschlüssen (32) elektrisch verbunden ist, und ein anderes Ende des Erdungsanschluss zwischen dem Abdeckgehäuse (23) und dem Gehäuse (12) angeordnet und mit dem Gehäuse elektrisch verbunden ist.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine weitere Leiterplatte (51) und einen auf der weiteren Leiterplatte montierten Erdungskondensator (32), wobei der Erdungskondensator (52) einen der Anschlüsse (41, 42) mit dem Gehäuse (12) verbindet.
Motor nach Anspruch 9, wobei die Leiterplatte (34) parallel zur axialen Richtung des Motors und die weitere Leiterplatte (51) im Wesentlichen senkrecht zu einer axialen Richtung des Motors angeordnet ist.