DE102014101248A1

DE102014101248A1 - Electric machine

Info

Publication number: DE102014101248A1
Application number: DE102014101248.8A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: STROTHMANN, ROLF, DR. RER. NAT., DE
Priority date: 2014-02-03
Filing date: 2014-02-03
Publication date: 2015-08-06
Also published as: WO2015113561A2; WO2015113561A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Rotor (1), einem Stator (2) und einem den Rotor (1) und den Stator (2) umschließenden Gehäuse (3). Gemäß der Erfindung ist zumindest der Leistungsteil einer den Energiefluss der elektrischen Maschine steuernden Elektronik (11) auf einer durch das Gehäuse (3) gebildeten Trägerfläche (10) angeordnet.The invention relates to an electric machine having a rotor (1), a stator (2) and a housing (3) enclosing the rotor (1) and the stator (2). According to the invention, at least the power part of an electronic system (11) controlling the energy flow of the electric machine is arranged on a carrier surface (10) formed by the housing (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Rotor, einem Stator und einem den Rotor und den Stator umschließenden Gehäuse. The invention relates to an electrical machine having a rotor, a stator and a housing enclosing the rotor and the stator.

Bekanntermaßen werden zur Steuerung der Bestromung von Elektromotoren, insbesondere mehrphasigen Synchronmotoren, elektronische Schaltungen eingesetzt, welche Leistungsschaltbauelemente aufweisen und z.B. die Spannung einer Batterie impulsweise an die Phasenstränge des Elektromotors anlegen. Zur Übertragung der geschalteten Spannungen und Ströme werden Leitungsverbindungen zwischen der Steuerelektronik und dem Elektromotor entsprechend der Anzahl der Phasen des Elektromotors benötigt.As is known, to control the energization of electric motors, in particular multi-phase synchronous motors, electronic circuits are used, which comprise power switching devices, and e.g. apply the voltage of a battery in pulses to the phase strands of the electric motor. To transmit the switched voltages and currents line connections between the control electronics and the electric motor according to the number of phases of the electric motor are required.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zahl der für Elektroantriebe oder Generatoreinrichtungen benötigten Bauteile zu verringern und die Montage von Elektroantrieben bzw. Generatoreinrichtungen zu vereinfachen.The invention has for its object to reduce the number of components required for electric drives or generator devices and to simplify the assembly of electric drives or generator devices.

Diese Aufgabe wird durch einen Elektromotor gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest der Leistungsteil einer den Energiefluss der elektrischen Maschine steuernden Elektronik auf einer durch das Gehäuse der elektrischen Maschine gebildeten Trägerfläche angeordnet ist. This object is achieved by an electric motor which is characterized in that at least the power part of an electronic system controlling the energy flow of the electric machine is arranged on a carrier surface formed by the housing of the electric machine.

Gemäß der Erfindung werden Maschine und Steuerelektronik in einer gemeinsamen Baueinheit vereinigt. Aufwand für Verdrahtung der Komponenten entfällt. Als weiterer Vorteil ergibt sich eine Wärmeabfuhr von der Steuerelektronik zu dem eine hohe Wärmekapazität aufweisenden Maschinengehäuse.According to the invention, the machine and control electronics are combined in a common structural unit. Costs for wiring the components is eliminated. Another advantage is a heat dissipation from the control electronics to the high heat capacity having machine housing.

Vorzugsweise ist die wenigstens einen Teil der Steuerelektronik aufnehmende Trägerfläche unmittelbar durch die Gehäusewand gebildet, vorzugsweise auf deren Außenseite. Als Trägerfläche kommt jedoch auch eine Innenfläche des Motorgehäuses in Betracht. Preferably, the at least one part of the control electronics receiving support surface is formed directly by the housing wall, preferably on the outside thereof. As a support surface but also an inner surface of the motor housing comes into consideration.

Zweckmäßig sind die Bauteile der Steuerelektronik, ähnlich wie auf einer Leiterplatine, unter Einhaltung einer geringen Bauhöhe der Steuerelektronik über die Trägerfläche verteilt angeordnet. Suitably, the components of the control electronics, similar to a printed circuit board, while maintaining a small height of the control electronics are distributed over the support surface.

In der Trägerfläche können Durchgänge für kurze, ausschließlich innerhalb der Baueinheit verlegte Leitungsverbindungen zwischen der Steuerelektronik und zumindest den Polwicklungen des Stators ausmünden. In the support surface passages for short, laid only within the unit line connections between the control electronics and at least the pole windings of the stator open out.

Die Bauteile der Steuerelektronik liegen an der Trägerfläche zweckmäßig über eine Schicht an, die bei ausreichender elektrischer Isolation der Bauteile gegen das Montagegehäuse einen Wärmeaustausch zwischen der Steuerelektronik und dem Gehäuse ermöglicht.The components of the control electronics are useful on the support surface on a layer that allows for sufficient electrical insulation of the components against the mounting housing heat exchange between the control electronics and the housing.

Während für die Bildung der Trägerfläche jeder Teil der Gehäusewand in Betracht kommt, ist die Trägerfläche in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch einen zur Drehachse des Rotors senkrechten Stirnwandteil des Gehäuses gebildet. While each part of the housing wall is considered for the formation of the support surface, the support surface is formed in a particularly preferred embodiment of the invention by a vertical axis of rotation of the rotor end wall portion of the housing.

Zweckmäßig handelt es sich um denjenigen Stirnwandteil, welcher dem Stirnwandteil, aus welchem die Rotorwelle austritt, abgewandt ist. Appropriately, it is that end wall part, which faces away from the end wall part, from which the rotor shaft emerges.

Vorzugsweise ist die Welle des Rotors an einem Ende ohne den Stirnwandteil zu durchstoßen allein an der Innenseite des betreffenden Stirnwandteils an dem Stirnwandteil drehbar gelagert. Somit steht vorteilhaft die gesamte Außenseite dieses Stirnwandteils für die Aufnahme der Steuerelektronik zur Verfügung. Preferably, the shaft of the rotor at one end without piercing the end wall part is rotatably supported on the inner side of the respective end wall part on the end wall part. Thus, advantageously, the entire outside of this end wall part for receiving the control electronics available.

In einer Ausführungsform weist der Stirnwandteil außenseitig eine mit dem Deckel verschraubbare Randerhöhung auf. Ein durch die Randerhöhung gebildeter Aufnahmeraum für die Steuerelektronik wird durch den Deckel verschlossen. In one embodiment, the end wall part on the outside on a screwed to the lid Randerhöhung. A formed by the edge enhancement receiving space for the control electronics is closed by the lid.

Die Steuerelektronik kann ferner Einrichtungen zur Ermittlung der Drehlage des Rotors und ggf. Einrichtungen zur Steuerung der Rückspeisung im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine erzeugter Elektroenergie in eine Batterie aufweisen. The control electronics may further comprise means for determining the rotational position of the rotor and possibly means for controlling the recovery in the generator operation of the electric machine generated electric power in a battery.

Insbesondere ist die Steuerelektronik mit Einrichtungen zur Ermittlung der Drehlage des Rotors ohne Drehwinkelsensor allein anhand elektrischer Betriebsparameter der elektrischen Maschine vorgesehen. Eine Durchführung der Rotorwelle durch den Stirnwandteil zwecks Anbringung eines den Drehwinkel ermittelnden Sensors kann vorteilhaft entfallen. In particular, the control electronics are provided with means for determining the rotational position of the rotor without rotation angle sensor solely based on electrical operating parameters of the electric machine. A passage of the rotor shaft through the end wall part for the purpose of attaching a sensor that detects the angle of rotation can advantageously be dispensed with.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der beiliegenden, sich auf dieses Ausführungsbeispiel beziehenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:The invention will be explained below with reference to an embodiment and the accompanying, referring to this embodiment drawings. Show it:

1 einen Elektromotor nach der Erfindung in geschnittener Seitenansicht, 1 an electric motor according to the invention in a sectional side view,

2 einen Stirnwandteil des Gehäuses des Elektromotors von 1 in perspektivischer Ansicht, und 2 an end wall portion of the housing of the electric motor of 1 in perspective view, and

3 und 4 den Stirnwandteil von 2 und eine auf dem Stirnwandteil vorgesehene Steuerelektronik in verschiedenen Ausbaustufen. 3 and 4 the front wall part of 2 and an on the front wall part provided control electronics in different stages.

Ein Elektromotor umfasst einen Innenrotor 1 und einen Stator 2. Den Stator 1 und Innenrotor 2 umgibt ein Gehäuse 3, das einen rohrförmigen Mittelteil 4 und mit dem Mittelteil 4 verschraubbare Stirnwände 5 und 6 aufweist.An electric motor includes an inner rotor 1 and a stator 2 , The stator 1 and inner rotor 2 surrounds a housing 3 which has a tubular central part 4 and with the middle part 4 screw-on end walls 5 and 6 having.

Ein Lager 7 in einer Durchgangsöffnung in der Stirnwand 5 und ein Lager 8 in einer Vertiefung in der Stirnwand 6 dienen der Lagerung einer Welle 9 des Innenrotors 1.A warehouse 7 in a passage opening in the end wall 5 and a warehouse 8th in a depression in the front wall 6 serve to support a shaft 9 of the inner rotor 1 ,

Auf ihrer Außenseite bildet die Stirnwand 6 eine Trägerfläche 10 für eine in 1 schematisch als Block dargestellte Steuerelektronik 11, welche u.a. die Bestromung des Elektromotors steuert. In dem gezeigten Beispiel handelt es sich um einen dreiphasigen im Stern verschalteten Synchronmotor.On its outside forms the front wall 6 a support surface 10 for an in 1 schematically illustrated as a block control electronics 11 , which among other things controls the energization of the electric motor. In the example shown, it is a three-phase synchronous motor connected in the star.

An die Steuerelektronik 11 lässt sich über eine schematisch dargestellte Leitungsverbindung 12 eine Betriebsspannungsquelle, insbesondere eine aufladbare Batterie, anschließen. Die Steuerelektronik 11 umgibt eine Randerhöhung 13 der Stirnwand 6. Ein dadurch gebildeter, die Steuerelektronik 11 aufnehmender Bauraum ist durch einen mit der Randerhöhung 13 verschraubbaren Deckel 14 verschließbar und über eine Ringdichtung 15 abdichtbar. To the control electronics 11 can be via a schematically illustrated line connection 12 an operating voltage source, in particular a rechargeable battery, connect. The control electronics 11 surrounds a border elevation 13 the front wall 6 , A thus formed, the control electronics 11 receiving space is by one with the Randerhöhung 13 screw-on lid 14 lockable and via a ring seal 15 sealed.

Eine weitere schematisch dargestellte, mehrere Leitungen umfassende Leitungsverbindung 16 verbindet die Steuerelektronik 11 mit den drei Phasen des Stators 2. Die Leitungsverbindung 16 umfasst ferner eine vom Sternpunkt zu der Steuerelektronik 11 führende Leitung. Another schematically illustrated, several lines comprehensive line connection 16 connects the control electronics 11 with the three phases of the stator 2 , The line connection 16 also includes one from the star point to the control electronics 11 leading line.

Wie der perspektivischen Ansicht von 2 zu entnehmen ist, weist die Stirnwand 6 insgesamt drei Durchgangsöffnungen 17 für die Durchführung der Leitungen der Leitungsverbindung 16 auf. Zur Schraubverbindung mit dem rohrförmigen Teil 4 des Gehäuses sind acht angesenkte Bohrungen 18 vorgesehen. Vier Bohrungen 19 dienen der Verschraubung mit dem Deckel 14.Like the perspective view of 2 can be seen, has the end wall 6 a total of three through holes 17 for carrying out the lines of the line connection 16 on. For screw connection with the tubular part 4 of the housing are eight countersunk holes 18 intended. Four holes 19 serve for screwing with the lid 14 ,

3 und 4 zeigen die mit der Stirnwand 6 verbundene Bauteile 20 bis 25 der Steuerelektronik 11. Die über die Trägerfläche 10 verteilt angeordneten Bauteile 20 bis 25 sind über eine (in den 3 und 4 nicht sichtbare) Isolierschicht mit der Trägerfläche 10 verbunden. Diese Isolierschicht sorgt für eine elektrische Trennung der Steuerelektronik 11 von dem Gehäuse 1, erlaubt aber einen Wärmeübergang von der Steuerelektronik auf das Gehäuse. 3 and 4 show those with the front wall 6 connected components 20 to 25 the control electronics 11 , The over the support surface 10 distributed components arranged 20 to 25 are about one (in the 3 and 4 not visible) insulating layer with the support surface 10 connected. This insulating layer provides electrical isolation of the control electronics 11 from the case 1 , but allows a heat transfer from the control electronics to the housing.

Die Steuerelektronik 11 umfasst in dem gezeigten Beispiel neben den Einrichtungen zur Steuerung der Bestromung des Elektromotors Einrichtungen, welche die Drehlage des Innenrotors 1 allein anhand gemessener Betriebsparameter des Elektromotors bestimmen, im hier beschriebenen Beispiel anhand des Potentials am Sternpunkt und durch die Phasen des Stators 2 fließender Ströme.The control electronics 11 comprises in the example shown, in addition to the means for controlling the energization of the electric motor means which the rotational position of the inner rotor 1 determine solely based on measured operating parameters of the electric motor, in the example described here based on the potential at the neutral point and by the phases of the stator 2 flowing streams.

Die Steuerelektronik 11 umfasst ferner Einrichtungen, welche im Generatorbetrieb des Elektromotors eine Aufladung der Batterie steuern.The control electronics 11 further includes means for controlling charging of the battery during generator operation of the electric motor.

Vorteilhaft bedarf der Elektromotor mit in solcher Weise integrierter Steuerelektronik 11 nach außen lediglich der Leitungsverbindung 12 zu der Betriebsspannungsquelle. Letztere könnte im Übrigen selbst ein weiterer Bestandteil einer kompletten, den Motor und die Betriebsspannungsquelle umfassenden Antriebsbaugruppe sein.Advantageously, the electric motor with integrated in such a way control electronics 11 to the outside only the line connection 12 to the operating voltage source. Incidentally, the latter could itself be another component of a complete drive module comprising the motor and the operating voltage source.

Eine die Steuerelektronik 11 und ggf. die Betriebsspannungsquelle umfassende, möglicherweise standardisierte Baueinheit vermag wesentlich die Komplexität von Elektroantrieben zu verringern, insbesondere werden aufwendige Verkabelungen und Verbindungselemente eingespart. Die Abdichtung der Elektromotore vereinfacht sich. Insbesondere ist der Aufwand für druckdichte Durchführungen und Schnittstellen reduziert. Weniger Bauraum wird benötigt. One the control electronics 11 and possibly the operating voltage source comprehensive, possibly standardized unit can significantly reduce the complexity of electric drives, in particular costly cabling and fasteners can be saved. The sealing of the electric motors is simplified. In particular, the cost of pressure-tight bushings and interfaces is reduced. Less space is needed.

Claims

Electric machine with a rotor ( 1 ), a stator ( 2 ) and one the rotor ( 1 ) and the stator ( 2 ) enclosing housing ( 3 ), characterized in that at least the power part of a the energy flow of the electric machine controlling electronics ( 11 ) on one through the housing ( 3 ) of the electrical machine formed carrier surface ( 10 ) is arranged.

Electrical machine according to claim 1, characterized in that the support surface ( 10 ) directly through the housing wall ( 6 ), in particular on an outer side of the housing wall ( 6 ) is formed.

Electrical machine according to claim 1 or 2, characterized in that components ( 20 - 25 ) of the control electronics ( 11 ) over the support surface ( 10 ) distributed on the support surface ( 10 ) are arranged.

Electric motor according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the support surface ( 10 ) Passes ( 17 ) for line connections ( 16 ) between the control electronics ( 11 ) and at least the pole windings of the stator ( 2 ).

Electrical machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that components ( 20 - 25 ) of the control electronics ( 11 ) on the support surface ( 10 ) lie over a layer which, with sufficient electrical insulation, a heat exchange between the control electronics ( 11 ) and the housing ( 3 ).

Electrical machine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the support surface ( 10 ) by a to the axis of rotation of the rotor ( 1 ) vertical end wall part ( 6 ) of the housing ( 3 ) is formed.

Electrical machine according to claim 6, characterized in that the shaft of the rotor ( 1 ) alone on the inside of the end wall part ( 6 ) on the end wall part ( 6 ) is rotatably mounted.

Electrical machine according to claim 6 or 7, characterized in that the end wall part ( 6 ) on the outside one with a lid ( 14 ) screwable edge elevation ( 13 ) having.

Electrical machine according to one of claims 1 to 8, characterized in that the electric motor has a plurality of, optionally connected in the star current phases.

Electrical machine according to one of claims 1 to 9, characterized in that the control electronics ( 11 ) Means for determining the rotational position of the rotor ( 1 ) and / or means for controlling the recovery in the generator operation of the electric machine generated electric power in a battery.

Electrical machine according to claim 10, characterized in that the control electronics ( 11 ) Means for sensorless determination of the rotational position of the rotor ( 1 ) solely on the basis of measurable electrical parameters of the electrical machine in operation.