DE102014210973A1

DE102014210973A1 - Aktuator mit Leistungselektronik

Info

Publication number: DE102014210973A1
Application number: DE102014210973.6A
Authority: DE
Inventors: Markus Dietrich; Julian Botiov
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2014-06-10
Publication date: 2014-12-18
Also published as: DE112014002817A5; WO2014198271A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator, insbesondere Hydrostataktor, für ein Kraftfahrzeug mit einem Rotor und einem Stator mit zumindest einer Wicklung und einer eine Bestromung der zumindest einen Wicklung steuernden Platine einer Leistungselektronik mit zumindest einem zugentlasteten Anschluss der zumindest einen Wicklung des Stators an die Platine. Um bei unterschiedlich verwendeten Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten über den Einsatztemperaturbereich eine dauerhafte und einfache Kontaktierung der zumindest einen Wicklung gegenüber der Leistungselektronik zu erzielen, ist zumindest ein Wicklungsdraht direkt mit der Platine verbunden und zwischen dessen fester Aufnahme an dem Stator und festen Aufnahme an der Platine ein zugentlastender, zwischen den Aufnahmen elastisch ausgebildeter Abschnitt des zumindest einen Wicklungsdrahts vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator, insbesondere Hydrostataktor, für ein Kraftfahrzeug mit einem Rotor und einem Stator mit zumindest einer Wicklung und einer eine Bestromung der zumindest einen Wicklung steuernden Platine einer Leistungselektronik mit zumindest einem zugentlasteten Anschluss der zumindest einen Wicklung des Stators an die Platine.
Aktuatoren dienen in Kraftfahrzeugen der Entlastung des Fahrers durch Übernahme von automatisierten oder hilfskraftbetätigten Funktionen. Je nach Unterbringung eines derartigen Aktuators ist dieser extremen Temperatureinflüssen ausgesetzt. Beispielsweise dient der in der WO2011/127888 A2 offenbarte Hydrostataktor der automatisierten Betätigung einer Reibungskupplung, indem ein Kolben eines Geberzylinders unter Zwischenschaltung eines Getriebes von einem Elektromotor axial verlagert wird. Der in dieser Offenbarung enthaltene Text und deren Figuren sind zur Vermeidung einer Kopier- und Einfügefunktion vollständig inhaltlich in diese Offenbarung zumindest in der Weise aufgenommen, dass dort offenbarte Merkmale zur Bildung einer zu beanspruchenden Merkmalskombination herangezogen werden können. Ein derartiger Hydrostataktor ist in der Regel im Motorraum untergebracht, so dass Unterschiede dessen Einsatztemperatur teilweise größer als 150° C betragen können. Durch die Verwendung von Materialmixturen mit Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten treten in derartigen Hydrostataktoren Wärmespannungen insbesondere zwischen Stator und der diesen mit elektrischer Energie versorgenden Leistungselektronik auf. Zum Ausgleich von durch die Wärmespannungen hervorgerufenen Zugspannungen der Anschlüsse des Stators an die Leistungselektronik werden beispielsweise Stanzgitter zwischen dem Stator und der Leistungselektronik eingesetzt. Derartige Stanzgitter benötigen Bauraum und sind als zusätzliche Bauteile entsprechend kostenaufwendig.
Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Aktuator vorzuschlagen, der eine vereinfachte Ausbildung einer Zugentlastung zwischen Stator und Leistungselektronik ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von diesem abhängigen Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen dieses Gegenstands wieder.
Der vorgeschlagene Aktuator, insbesondere Hydrostataktor, für ein Kraftfahrzeug enthält einen Elektromotor mit einem beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Getriebe wie beispielsweise eines Planetenwälzgetriebes einen Kolben eines Geberzylinders linear antreibenden Rotor und einem gehäusefest angeordneten Stator mit zumindest einer, bevorzugt dreiphasigen Wicklung und einer eine Bestromung der zumindest einen Wicklung steuernden Platine einer Leistungselektronik mit zumindest einem zugentlasteten Anschluss der zumindest einen Wicklung des Stators an die Platine. Hierbei ist der Anschluss der zumindest einen Wicklung direkt durch zumindest einen, bevorzugt beide Wicklungsdrähte der Wicklung(en) direkt mit der Platine verbunden. Zur Vermeidung einer an dem zumindest einen Wicklungsdraht auftretenden temperaturabhängigen Zug des Wicklungsdrahts zwischen dessen fester Aufnahme an dem Stator und einer festen Aufnahme an der Platine ist ein zugentlastender, zwischen den Aufnahmen elastisch ausgebildeter Abschnitt des zumindest einen Wicklungsdrahts vorgesehen. Hierbei wird beispielsweise eine elastische Federkraft des Abschnitts derart ausgelegt, dass diese kleiner als eine über einen vorgegebenen Einsatztemperaturbereich auftretende maximale Zugbelastung zwischen den Aufnahmen ist. Hierdurch wird erzielt, dass der auf diese Weise ausgebildete Wicklungsdraht zwar in sich steif ausgebildet, jedoch zwischen den Aufnahmen elastische Eigenschaften aufweist, quasi als Feder ausgebildet ist, so dass sich der Abschnitt bei Temperaturdifferenzen entsprechend läng und elastisch verkürzt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Abschnitt zumindest eine Biegung aufweisen. Beispielsweise können die Aufnahmen den zumindest einen Wicklungsdraht im Wesentlichen in derselben Richtung aufnehmen, wobei der Abschnitt einen im Wesentlichen senkrecht zu diesem ausgebildeten, beispielsweise bei vertikaler Ausbildung des Wicklungsdrahts an den Aufnahmen einen im Wesentlichen horizontalen Bereich aufweist.
Im Weiteren kann eine maximale Biegeamplitude des Abschnitts abhängig von einer Dauerfestigkeitsgrenze des in dem zumindest einen Wicklungsdraht verwendeten Materials, beispielsweise Kupfer oder dessen Legierungen entsprechend der Wöhler-Kennlinie ausgelegt sein. Dies bedeutet, dass ein Spannungsausschlag des Abschnitts abhängig von der beispielsweise aus empirischen Daten ermittelten Maximalanzahl geforderter Lastwechsel, bei denen noch kein Bruch des Wicklungsdrahts erfolgt, vorgesehen wird.
Der zumindest eine Wicklungsdraht ist in bevorzugter Weise mit einem Kontakt der Platine verlötet, verschweißt oder verklemmt, so dass keine weiteren Bauteile zur zugentlasteten Kontaktierung der Wicklung(en) des Stators erforderlich sind.
Der Einsatz der vorgeschlagenen Zugentlastung in Verbindung mit einer direkten Kontaktierung des zumindest einen Wicklungsdrahts hat sich insbesondere bei Aktuatoren mit Materialmischungen mit Materialien mit stark unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten als vorteilhaft erwiesen. Beispielsweise kann die Platine stirnseitig des Stators in einem mit dem Stator in Verbindung stehenden Kunststoffgehäuse aufgenommen sein. Hierbei kann der Stator aus Stahl mit Wicklungen aus Kupfer gebildet sein. Das Kunststoffgehäuse kann in einem mit einem Deckel versehenen Aluminiumgehäuse gegenüber dem Stator vorgespannt aufgenommen sein.
Die Erfindung wird anhand des in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen Teilschnitt durch einen Aktuator,
2 eine 3D-Teilansicht des Stators des Aktuators der 1,
3 eine Seitenansicht des Stators der 2 und
4 eine Draufsicht des Stators der 2.
Die 1 zeigt einen dem Hydrostataktor der WO2011/127888 A2 ähnlichen Aktuator 1 mit dem bevorzugt aus Aluminium hergestellten, einseitig offenen und mit dem Deckel 3 verschlossenen Gehäuse 2. In dem Gehäuse ist der Elektromotor 4 mit dem mit dem Gehäuse 2 fest verbundenen Stator 5 und dem gegenüber diesem oder dem Gehäuse 2 axial fest und verdrehbar gelagerten Rotor 6 angeordnet. Der bevorzugt aus Stahl hergestellte Stator 5 enthält drei Phasen bildende Wicklungen 7, die aus bevorzugt aus Kupfer hergestellten Wicklungsdrähten 8 gewickelt sind. Zwischen Deckel 3 und Stator 5 ist das Kunststoffgehäuse 9 verspannt, an dem die Leistungselektronik 10 und gegebenenfalls eine Steuerelektronik aufgenommen sind. Leistungselektronik 10 und gegebenenfalls Steuerelektronik sind auf zumindest einer Platine 11 implementiert. Zur Steuerung und Stromversorgung der Wicklungen 7 sind die Wicklungsdrähte 8 aus den beispielsweise isolierenden und die Wicklungsdrähte 8 fest aufnehmenden Aufnahmen 12 erstreckt und mittels Aufnahmen 13 fest auf der Platine 11 mit einem Kontakt dieser verlötet, verschweißt, verklemmt wie gecrimpt oder in anderer Weise kontaktiert. Zwischen den beiden Aufnahmen 12, 13 ist die Zugentlastung 14 wirksam, die aus dem elastischen Abschnitt 15 gebildet ist. Der elastische Abschnitt 15 wirkt als Feder und ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit den beiden Biegungen 16, 17 versehen, so dass die Wicklungsdrähte 8 im Bereich der Aufnahmen 12, 13 jeweils entlang einer Drehachse des Elektromotors 4 vertikal und der zu diesen Bereichen senkrecht verlaufende Abschnitt 15 daher waagrecht zu dieser Drehachse ausgebildet ist. Es versteht sich, dass der Abschnitt auch in anderer Weise, beispielsweise spiralförmig, zick-zack-förmig oder in ähnlicher Weise mit einem unterschiedliche Raumrichtungen aufweisenden Verlauf der Wicklungsdrähte außerhalb des Stators 5 ausgebildet sein kann.
Die 2 bis 4 zeigen den Stator 5 der 1 in unterschiedlichen Ansichten. Hierbei weisen die 2 und 3 bereits die außerhalb des Stators 5 aus den Aufnahmen 12 erstreckten Wicklungsdrähte 8 mit den ausgebildeten Abschnitten 15 und Biegungen 16, 17 auf, während diese in der in 4 dargestellten Draufsicht noch nicht ausgebildet sind.
Bezugszeichenliste

1: Aktuator
2: Gehäuse
3: Deckel
4: Elektromotor
5: Stator
6: Rotor
7: Wicklung
8: Wicklungsdraht
9: Kunststoffgehäuse
10: Leistungselektronik
11: Platine
12: Aufnahme
13: Aufnahme
14: Zugentlastung
15: Abschnitt
16: Biegung
17: Biegung

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

WO 2011/127888 A2 [0002, 0015]

Claims

Aktuator (1), insbesondere Hydrostataktor, für ein Kraftfahrzeug mit einem Rotor (6) und einem Stator (5) mit zumindest einer Wicklung (7) und einer eine Bestromung der zumindest einen Wicklung (7) steuernden Platine (11) mit zumindest einem zugentlasteten Anschluss der zumindest einen Wicklung (7) des Stators (5) an die Platine (11), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Wicklungsdraht (8) direkt mit der Platine (11) verbunden ist und zwischen dessen fester Aufnahme (12) an dem Stator (5) und festen Aufnahme (13) an der Platine (11) ein zugentlastender, zwischen den Aufnahmen (12, 13) elastisch ausgebildeter Abschnitt (15) des zumindest einen Wicklungsdrahts (8) vorgesehen ist.
Aktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine elastische Federkraft des Abschnitts (15) kleiner als eine über einen vorgegebenen Einsatztemperaturbereich auftretende maximale Zugbelastung zwischen den Aufnahmen (12, 13) ist.
Aktuator (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (15) zumindest eine Biegung (16, 17) aufweist.
Aktuator (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (12, 13) den zumindest einen Wicklungsdraht (8) im Wesentlichen in derselben Richtung aufnehmen und der Abschnitt (15) im Wesentlichen senkrecht hierzu ausgebildet ist.
Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine maximale Biegeamplitude eines außerhalb des Stators (5) angeordneten Abschnitts des zumindest einen Wicklungsdrahts (8) abhängig von einer Dauerfestigkeitsgrenze des in dem zumindest einen Abschnitt verwendeten Materials entsprechend der Wöhler-Kennlinie ausgelegt ist.
Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wicklungsdraht (8) mit einem Kontakt der Platine (11) verlötet, verschweißt oder verklemmt ist.
Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (11) stirnseitig des Stators (5) in einem mit dem Stator (5) in Verbindung stehenden Kunststoffgehäuse (9) aufgenommen ist.
Aktuator (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Stator (5) und Kunststoffgehäuse (9) in einem mit einem Deckel (3) versehenen Gehäuse (2) gegeneinander vorgespannt aufgenommen sind.