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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Elektromotor.
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Elektromotoren finden in Kraftfahrzeugen in vielerlei Form Anwendung. Rein beispielhaft sei etwa ein Elektromotor zum Antreiben eines Lüfterrads einer im Kraftfahrzeug vorhandenen Klimatisierungsanlage genannt. Auch die Verwendung in Pumpvorrichtungen – etwa einer Öl- oder Kraftstoffpumpe – zum Fördern eines Fluids ist bekannt.
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Herkömmliche Elektromotoren umfassen einen Stator und einen relativ zum Stator drehverstellbaren Rotor. In Gleichstrom-Motoren wird der Rotor elektrisch bestromt und auf diese Weise ein magnetisches Feld erzeugt, welches durch Wechselwirkung mit dem Magnetfeld des Stators ein Drehmoment erzeugt, das den Rotor antreibt.
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Als problematisch können sich dabei vom Elektromotor im Betrieb erzeugte elektrische Störsignale erweisen, die in das elektrische Bordnetz des Kraftfahrzeugs einkoppeln und dort Betriebsstörungen in weiteren elektrischen Komponenten des Kraftfahrzeugs zur Folge haben können.
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Um dem entgegenzuwirken und die sogenannte elektromagnetische Verträglichkeit des Elektromotors zu verbessern, sind aus dem Stand der Technik elektrische Spezialbauteile zur Entstörung des Elektromotors bekannt. Diese bestehen aus einem Stanzgitter mit bedrahteten elektrischen Bauelementen. Allerdings sind solche Stanzgitter aus physikalischen Gründen nicht zur Entstörung hochfrequenter Störungen im GHz-Bereich geeignet.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für einen Elektromotor zu schaffen, welcher eine verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit, insbesondere hinsichtlich hochfrequenter elektrischer Störungen im GHz-Bereich, besitzt. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem solchen Elektromotor bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Grundgedanke der Erfindung ist demnach, direkt am Gehäuseflansch oder einem anderen Gehäuseabschnitt des Gehäuses eines Elektromotors eine Leiterplatte mit elektrischen Bauteilen zum Entstören des Elektromotors anzuordnen. Hierzu sind besagte elektrische Bauelemente über eine elektrisch leitende Schicht der Leiterplatte elektrisch mit den elektrischen Anschlüssen des Elektromotors verbunden. Werden nun die elektrischen Anschlüsse des Elektromotors an eine elektrische Energieversorgungseinheit oder an ein elektrisches Bordnetz des Kraftfahrzeugs angeschlossen, so können die ebenfalls elektrisch mit der Energieversorgungseinheit bzw. dem Bordnetz verbundenen elektrischen Bauelemente ihre erfindungsgemäße Wirkung entfalten und vom Elektromotor im Betrieb erzeugte Störsignale teilweise oder sogar vollständig unterdrücken.
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Erfindungsgemäß ist die Leiterplatte dabei mittels einer elektrisch leitfähigen, insbesondere mit einer elektrisch leitfähigen und vorzugsweise stoffschlüssigen Verbindung mit dem wenigstens einen elektrischen Anschlusselement des Elektromotors verbunden. Eine besonders bevorzugte stoffschlüssige Verbindung ist im vorliegenden Fall eine Schweißverbindung, insbesondere eine Laserschweißverbindung, also eine Schweißverbindung, die mittels Laserschweißens erzeugt ist. Alternativ oder zusätzlich zur Variante "stoffschlüssige Verbindung" kommt auch eine formschlüssige und/oder eine kraftschlüssige Verbindung in Betracht. In allen Fällen kann eine niederimpedante elektrische Verbindung zwischen der Leiterplatte und dem elektrischen Anschlusselement erreicht werden, was die Entstörwirkung der oben genannten elektrischen Bauelemente maßgeblich erhöht. Darüber hinaus können bei der hier vorgestellten, erfindungsgemäßen Lösung auch elektrische Leitungswege kurz gehalten und eine hohe Komponentendichte erreicht werden.
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Ein erfindungsgemäßer Elektromotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfasst ein Gehäuse, in welchem ortsfest relativ zum Gehäuse ein Stator und, drehverstellbar relativ zum Stator, ein Rotor angeordnet sind. Das Gehäuse weist einen Gehäuseflansch auf. Am Gehäuse, vorzugsweise am Gehäuseflansch, ist wenigstens ein elektrisches Anschlusselement zum Versorgen des Elektromotors mit elektrischer Energie vorgesehen. Am Gehäuse, vorzugsweise auf dem Gehäuseflansch, ist eine Leiterplatte angeordnet, die ein elektrisch isolierendes Substrat aufweist. Auf besagtem, elektrisch isolierendem Substrat sind elektrische Bauelemente angeordnet, die zum Entstören des Elektromotors dienen. Diese elektrischen Bauelemente sind die über eine elektrisch leitende Schicht der Leiterplatte elektrisch mit dem wenigstens einen elektrischen Anschlusselement verbunden. Besagte elektrische Bauelemente zum Entstören des Elektromotors können insbesondere ohmsche Widerstände und Kondensatoren umfassen. Diese können bei geeigneter elektrischer Verdrahtung als elektrischer Tiefpass wirken und somit hochfrequente Störsignale ausfiltern. Weiterhin ist die Leiterplatte erfindungsgemäß mittels einer elektrisch leitenden, und vorzugsweise stoffschlüssigen, Verbindung mit dem wenigstens einen elektrischen Anschlusselement verbunden. Dies ermöglicht eine vorteilhafte, niederimpedante elektrische Verbindung der elektrischen Bauelemente mit den Anschlusselementen des Elektromotors.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Leiterplatte ein flexibles Material oder besteht aus einem solchen, flexiblen Material. Dies erlaubt eine Anpassung der Leiterplatte an individuelle Geometrien des Gehäuseflansches, insbesondere durch einen Biegeprozess.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Leiterplatte folienartig ausgebildet sein. Auch diese Maßnahme erlaubt eine vorteilhafte Anpassung der Leiterplatte an Gehäuseflansche mit komplizierter geometrischer Formgebung.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist auf der Leiterplatte ein dem wenigstens einen elektrischen Anschlusselement zugeordnetes elektrisches Leiterplatten-Anschlusselement vorgesehen, welches elektrisch leitend mit dem elektrischen Anschlusselement des Gehäuses, vorzugsweise des Gehäuseflansches, verbunden ist. Auf diese Weise können die zwischen der Leiterplatte und den elektrischen Anschlusselementen des Elektromotors zu realisierenden elektrischen Leitungswege klein gehalten werden.
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Besonders bevorzugt umfasst die elektrisch leitende Schicht der Leiterplatte Kupfer oder besteht aus Kupfer. Die Verwendung einer derartigen, elektrisch leitenden Schicht aus Kupfer oder mit Kupfer führt zu erheblichen Kostenvorteilen bei der Herstellung der Leiterplatte, da die Bereitstellung separater elektrischer Verbindungen, etwa in der Art von Kabeln o.ä., zum großen Teil oder sogar vollständig entfallen kann.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist die elektrisch leitende Verbindung eine Schweißverbindung, insbesondere eine Laserschweißverbindung, oder eine Lötverbindung. Eine solche Schweißverbindung lässt sich mittels einer herkömmlichen Schweiß- oder Lötvorrichtung mit geringem technischen Aufwand und somit kostengünstig realisieren.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Gehäuseflansch als Gehäuseplatte ausgebildet, auf dessen Außenseite die Leiterplatte angeordnet ist. Die Ausbildung als Gehäuseplatte erlaubt eine Realisierung des Elektromotors mit besonders geringem Bauraumbedarf. Der besonders bevorzugte Spezialfall einer winkeligen Gehäuseplatte erlaubt eine Anpassung des Gehäuseflansches an vielfältige Bauraum-Geometrien, wie diese in einem Kraftfahrzeug typischerweise auftreten.
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Besonders zweckmäßig kann der Elektromotor als Gleichstrommotor (DC-Motor) ausgebildet sein.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist das wenigstens eine elektrische Anschlusselement als Zapfen oder als Pin ausgebildet, der vom Gehäuseflansch absteht. Dies ermöglicht quasi eine elektrische und mechanische Durchführung des Anschlusselements durch die Leiterplatte hindurch, so dass deren elektrische Bauteile zur Entstörung des Elektromotors den elektrischen Anschluss des Elektromotors an ein Bordnetz oder an eine elektrische Energieversorgungseinheit nicht oder nur in geringem Maße behindern.
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Besonders zweckmäßig umfassen die elektrischen Bauelemente wenigstens einen ohmschen Widerstand und wenigstens einen Kondensator. Dies erlaubt auf einfache und somit kostengünstige Weise die Realisierung eines elektrischen Tiefpasses zur Erzielung der gewünschten Entstör-Wirkung.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem vorangehend vorgestellten Elektromotor. Die vorangehend mit Bezug auf den Elektromotor erläuterten Vorteile übertragen sich daher auch auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch:
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1 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Elektromotors in perspektivischer Darstellung,
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2 den Elektromotor im Bereich des Gehäuseflansches in einer schematischen Darstellung,
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3 ein erstes Beispiel für eine mögliche elektrische Verdrahtung von elektrischen Bauelementen auf der Leiterplatte,
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4 ein zweites Beispiel für die mögliche elektrische Verdrahtung von elektrischen Bauelementen auf der Leiterplatte.
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Die 1 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Elektromotors 1 für ein Kraftfahrzeug in einer perspektivischen Darstellung. Der Elektromotor 1 umfasst ein Gehäuse 2, in welchem ortsfest relativ zum Gehäuse 2 ein Stator und drehverstellbar relativ zum Stator ein Rotor angeordnet ist (Rotor und Stator des Elektromotors 1 sind in der Außenansicht der 1 nicht erkennbar). Der Rotor ist drehfest mit einer nach außen aus dem Gehäuse 2 heraus geführten Antriebswelle 15 verbunden. Der Elektromotor 1 ist vorzugsweise als Gleichstrommotor (DC-Motor) ausgebildet. Wie 1 erkennen lässt, besitzt das Gehäuse 2 einen Gehäuseflansch 3 mit zwei Durchbrüchen 9 zum Befestigen des Gehäuses 2 an einer geeigneten Komponente eines Kraftfahrzeugs.
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Im Folgenden werden die erfindungswesentlichen Bestandteile des Elektromotors 1 anhand der 2 erläutert. Diese zeigt einen erfindungsgemäßen Elektromotor 1 im Bereich des Gehäuseflansches 3 in einer schematischen Darstellung. Man erkennt, dass am Gehäuseflansch 3 mehrere elektrische Anschlusselemente 4 zum Versorgen des Elektromotors mit elektrischer Energie vorhanden sind. Der Gehäuseflansch 3 ist als Gehäuseplatte 10 ausgebildet, auf dessen Außenseite 11 eine flexible Leiterplatte 5 angeordnet ist (die erfindungswesentliche Leiterplatte 5 ist der Übersichtlichkeit halber in der perspektivischen Darstellung der 1 weggelassen).
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Gemäß 2 umfasst die Leiterplatte 5 ein elektrisch isolierendes Substrat 12, auf welchem elektrische Bauelemente 6 angeordnet sind, und zwar insbesondere in Form von ohmschen Widerständen und Kondensatoren. Als elektrisch isolierendes Substrat 12 kommt insbesondere eine elektrisch isolierende Lackschicht in Betracht. Diese Bauelemente 6 dienen bei geeigneter elektrischer Verschaltung zur Entstörung des Elektromotor 1, wenn dieser in Betrieb gesetzt ist. Besagte elektrische Bauelemente 6 sind über eine elektrisch leitende Schicht 7 der Leiterplatte 5 elektrisch mit den elektrischen Anschlusselementen 4 des Gehäuseflansches 3 verbunden. Im Beispielszenario besteht die elektrisch leitende Schicht 7 aus Kupfer als elektrisch leitendem Material.
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Für jedes auf dem Gehäuseflansch 3 vorhandene elektrische Anschlusselement 4 ist auf der flexiblen Leiterplatte 5 ein dem jeweiligen elektrischen Anschlusselement 4 zugeordnetes elektrisches Leiterplatten-Anschlusselement 8 vorgesehen. Die elektrische Anschlusselemente 4 können als Zapfen oder als Pins ausgebildet sein, die vom Gehäuseflansch 3 abstehen. Die Leiterplatten-Anschlusselemente 8 sind mittels einer elektrisch leitenden Verbindung – diese ist in 2 nur schematisch angedeutet und mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet – an die elektrischen Anschlusselemente 4 des Gehäuseflansches 3 gefügt. Besagte elektrisch leitende Verbindung 16 zwischen den elektrischen Anschlusselementen 4 und den Leiterplatten-Anschlusselementen 8 kann eine Schweißverbindung, insbesondere eine Laserschweißverbindung, oder eine Lötverbindung oder eine andere stoffschlüssige Verbindung sein. Alternativ oder zusätzlich zur stoffschlüssigen Verbindung kommt auch eine formschlüssige und/oder eine kraftschlüssige Verbindung in Betracht.
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Die elektrischen Bauelemente 6 dienen zur elektrischen Entstörung des Elektromotors 1 und bewirken eine Verbesserung der elektromagnetischen (EMV-)Verträglichkeit des Elektromotors 1, insbesondere wenn dieser in einem Kraftfahrzeug verbaut und dort als elektrische Antriebseinheit eingesetzt werden soll.
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Unter „flexibler Leiterplatte r“ wird vorliegend verstanden, dass die Leiterplatte 5 mittels Biegens verformt werden kann, ohne dass damit ein Bruch der Leiterplatte 5 einherginge. Die Leiterplatte 5 kann hierfür insbesondere folienartig ausgebildet sein, ein flexibles Plattenmaterial umfassen oder sogar aus einem flexiblen Plattenmaterial bestehen. In einer Variante des Beispiels kann die Leiterplatte 5 aber auch steif, also nicht-flexibel, ausgebildet sein. Die Ausbildung als flexible Leiterplatte 5 erlaubt es, die Leiterplatte 5 der Oberflächengeometrie der Gehäuseplatte 10 bzw. dem Gehäuseflansch 3 anzupassen. Hierzu kann die flexible Leiterplatte 5 mittels Biegens verformt werden. Dies erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn die Gehäuseplatte 10 bzw. der Gehäuseflansch 3 winkelig ausgebildet ist, also wenigstens einen Platten- bzw. Flanschabschnitt aufweist, welcher winkelig von einem anderen Platten- bzw. Flanschabschnitt absteht.
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In den 3 und 4 ist jeweils ein Beispiel für eine mögliche elektrische Verdrahtung der elektrischen Bauelemente 6 auf der Leiterplatte 5 gezeigt. Man erkennt, dass neben ohmschen Widerständen 17 auch Kapazitäten 18 in Form von Kondensatoren 21 sowie Induktivitäten 19 zwischen den elektrischen Anschlüssen 4 und dem Motorgehäuse 20 mit Stator und Rotor miteinander verdrahtet sein können. Die Verdrahtungsbeispiele der 3 und 4 folgen beide dem Wirkprinzip eines elektrischen Tiefpasses und unterdrücken vom Elektromotor im Betrieb erzeugte Störsignale teilweise oder sogar vollständig unterdrücken.
