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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 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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Zur elektrischen Steuerung bzw. Regelung der Rotorbewegung des Rotors im Betrieb des Elektromotors werden typischerweise elektronische Schaltungen mit elektrischen und elektronischen Bauelementen wie beispielsweise ohmschen Widerständen verwendet. Als schwierig zu realisieren erweist sich - aufgrund des typischerweise im oder am Gehäuse des Elektromotors nur in stark begrenztem Maße zur Verfügung stehenden Bauraum - eine wünschenswerte Anbringung besagter elektrischer/elektronischer Bauelemente in unmittelbarer Nähe des Rotors des Elektromotors.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für einen Elektromotor zu schaffen, bei welchem elektrische und/oder elektronische Bauelemente auf einfache Weise in unmittelbarer Nähe zum Rotor des Elektromotors positioniert sind.
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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, die zur Steuerung oder Regelung des Elektromotors erforderlichen elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente direkt am Gehäuse des Elektromotors anzubringen, und zwar auf einer elektrischen Isolation, welche besagte Bauelemente galvanisch vom typischerweise metallischen und somit elektrisch leitenden Gehäuse trennt. Auf diese Weise können die elektrischen bzw. elektronischen Bauelemente in unmittelbarer Nähe zum Rotor des Elektromotors positionieren, so dass dessen Drehbewegung relativ zum Stator m Betrieb des Elektromotors mit Hilfe der elektrischen/elektronischen Bauelemente gesteuert bzw. geregelt werden kann.
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Da die Bauelemente benachbart zum Rotor innen- und/oder außenseitig am Gehäuse angeordnet sind, gestaltet sich die elektrische Verdrahtung besagter elektronischer/elektrischer Schaltelemente als sehr einfach. Insbesondere sind nur kurze elektrische Leitungswege zwischen dem Rotor und den Bauelementen der Rotorsteuerung bzw. Motorregelung erforderlich. Dies führt zu Kostenvorteilen bei der Herstellung des Elektromotors. Darüber hinaus ist die Gefahr der Einkopplung von elektrischen Störsignalen in die Leitungspfade zwischen Rotor und Motorsteuerung/Motorregelung durch Induktion gegenüber herkömmlichen Elektromotoren reduziert. Insbesondere können auf die vorangehend beschriebene, erfindungsgemäße Weise elektronische Schaltungen zur dezidierten elektrischen Entstörung, also zur Minderung oder Unterdrückung, von in besagte Leitungspfade eingekoppelten Störsignalen in unmittelbarer Nähe zum Rotor angebracht werden, wodurch besagte Schaltungen die gewünschte Entstör-Wirkung besonders wirksam entfalten können.
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Ein erfindungsgemäßer Elektromotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfasst ein Gehäuse, welches einen Gehäuseinnenraum begrenzt. Im Gehäuseinnenraum ist ortsfest relativ zum Gehäuse ein Stator und, drehverstellbar relativ zum Stator bzw. Gehäuse, ein Rotor angeordnet. Auf einer dem Gehäuseinnenraum zugewandten Innenseite einer Gehäusewand des Gehäuses und/oder auf einer dem Gehäuseinnenraum abgewandten Außenseite der Gehäusewand des Gehäuses ist eine elektrische Isolation angeordnet, auf welcher mehrere elektrische und/oder elektronische Bauelemente angebracht und mittels der Isolation galvanisch voneinander getrennt sind.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Material des Gehäuses ein Metall oder umfasst ein Metall, so dass die elektrische Isolation die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente auch galvanisch vom Metall des Gehäuses trennt. Zusätzliche Maßnahme zur elektrischen Isolation der elektrischen/elektronischen Bauelemente vom typischerweise elektrisch leitend ausgebildeten Gehäuse können auf diese Weise entfallen. Auch mit dieser Maßnahme gehen verringerte Herstellungskosten einher.
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Zweckmäßig weist das Gehäuse einen Gehäuseflansch auf, auf welchem die elektrische Isolation mit den elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen angeordnet ist. Da die am Gehäuse vorgesehenen elektrischen Anschlüsse der Bauelemente aus praktischen Gründen oftmals im Bereich des Gehäuseflansches vorgesehen sind, so dass beim Befestigen des Gehäuseflansches an einem anderen Bauteil automatische eine elektrische Verbindung der elektrischen Bauelemente mit externen, nicht zum Elektromotor gehörigen elektrischen Leitungspfaden (nicht gezeigt) hergestellt wird, können bei einer Anbringung der elektrischen Isolation mit den Bauelementen im Bereich des Gehäuseflansches die elektrischen Leitungspfade zwischen den elektrischen Anschlüssen und den Bauelementen kurz gehalten werden.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die elektrische Isolation ein Substrat aus einem Metall. Auf dem Substrat ist eine die elektrischen/ elektronischen Bauelemente tragende, elektrisch isolierende Isolationsschicht ausgebildet. Mittels dieser Isolationsschicht sind die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente galvanisch voneinander getrennt. Vorzugsweise ist die elektrisch isolierende Isolationsschicht mehrschichtig mit wenigstens zwei Einzelschichten ausgebildet.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind zumindest zwei elektrische und/oder elektronische Bauelemente über eine auf der elektrischen Isolationsschicht angeordnete, elektrisch leitende Leiterbahn elektrisch miteinander verbunden. Dies erlaubt die Realisierung auch komplizierter elektrischer/elektronischer Schaltungen direkt auf dem Substrat.
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Besonders zweckmäßig kann das Substrat aus Metall als Metallplatte, vorzugsweise aus Aluminium, ausgebildet sein. Mit dieser Variante gehen besonders geringe Herstellungskosten für das Substrat einher, die sich auch auf den gesamten Elektromotor übertragen.
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Besonders bevorzugt umfasst das Substrat ein flexibles Material oder besteht aus einem flexiblen Material. Dies erlaubt eine Anpassung der elektrischen Isolation an individuelle Geometrien des Gehäuseflansches, insbesondere durch einen Biegeprozess.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Substrat folienartig ausgebildet. Alternativ dazu kann das Substrat als lackiertes Stanzgitter ausgebildet sein. Insbesondere kann es Aluminium und/oder Kupfer enthalten. Mit diesen Varianten gehen geringe Fertigungskosten für die elektrische Isolation einher.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die elektronischen bzw. elektrischen Bauelemente Teil einer Motorsteuerung oder Motorregelung des Elektromotors zum Steuern bzw. Regeln der Drehbewegung des Rotors relativ zum Stator.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Elektromotor als Gleichstrommotor (DC-Motor) ausgebildet. Besonders bevorzugt ist der Gleichstrommotor dabei als bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor) ausgebildet. Somit können die typischerweise kompliziert aufgebauten elektrischen/elektronischen Schaltungen zur Steuerung eines solchen bürstenlosen Gleichstrommotors (BLDC-Motor) mit Hilfe der erfindungsgemäßen elektrischen Isolation direkt am Gehäuse angeordnet werden.
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Besonders zweckmäßig können die elektrischen/elektronischen Bauelemente wenigstens einen ohmschen Widerstand und/oder wenigstens einen Kondensator umfassen.
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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:
- 1 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Elektromotors in perspektivischer Darstellung,
- 2 den Elektromotor im Bereich des Gehäuseflansches in einer schematischen Darstellung,
- 3, 4 jeweils ein Beispiel für mögliche elektrische Verdrahtungen auf der erfindungswesentlichen elektrischen Isolation des Elektromotors .
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1 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Elektromotors 1 in einer perspektivischen Darstellung. Der Elektromotor 1 kann als bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor) ausgebildet sein. Der Elektromotor 1 umfasst ein Gehäuse 2 aus einem Metall, welches einen Gehäuseinnenraum 3 begrenzt. Im Gehäuseinnenraum 3 ist ortsfest relativ zum Gehäuse 2 ein Stator (in den Figuren nicht gezeigt) und - drehverstellbar relativ zum Stator - ein Rotor (in den Figuren nicht gezeigt) angeordnet. Der Elektromotor 1 kann als Außenläufer oder als Innenläufer ausgebildet sein.
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Wie 1 erkennen lässt, besitzt das Gehäuse 2 eine Gehäusewand 12, die Teil eines Gehäuseflansches 4 ist. Mittels des Gehäuseflansches 4 kann das Gehäuse 2 und somit der gesamte Elektromotor 1 an einem nicht zum Elektromotor 1 gehörigen Bauteil befestigt werden.
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Die 2 zeigt den Elektromotor 1 in einem Längsschnitt entlang einer in den Figuren nicht dargestellten Drehachse des Rotors.
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Wie 2 erkennen lässt, ist auf einer vom Gehäuseinnenraum 3 abgewandten Außenseite 5 des Gehäuseflansches 4 eine elektrische Isolation 6 angeordnet. Mittels dieser elektrischen Isolation 6 sind auf der Außenseite 5 des Gehäuseflansches 4 angeordnete elektrische und elektronische Bauelemente 7 galvanisch voneinander getrennt sind (der Übersichtlichkeit halber ist die elektrische Isolation 6 mit den Bauelementen 7 in 1 nicht dargestellt). Die elektrische Isolation 6 trennt die elektrischen und elektronischen Bauelemente 7 als Ganzes auch galvanisch vom Metall des Gehäuses 2, so dass ein unerwünschter elektrischer Kurzschluss zwischen den einzelnen Bauelementen 7 über das elektrisch leitende Material des Gehäuses ausgeschlossen werden kann.
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Wie 2 weiter erkennen lässt, umfasst die elektrische Isolation 6 ein Substrat 8 aus einem Metall, auf welchem eine die elektrischen bzw. elektronischen Bauelemente 7 tragende, elektrisch isolierende Isolationsschicht 9 ausgebildet ist. Mittels der elektrisch isolierenden Isolationsschicht 9 erfolgt die galvanische Trennung der elektrischen bzw. elektronischen Bauelemente 7 untereinander und gegenüber dem Gehäuse 2 aus Metall. Die elektrischen und elektronischen Bauelemente 7 können über eine auf der elektrisch isolierenden Isolationsschicht 9 angeordnete, elektrisch leitende Leiterbahn 11 elektrisch miteinander verbunden sein. Die elektrisch isolierende Isolationsschicht 9 kann eine Kunststoffschicht sein. Anstelle einer Kunststoffschicht kann auch eine Kunststofffolie verwendet werden. Die elektrisch isolierende Isolationsschicht 9 kann auch eine Lackschicht sein oder umfassen. Die elektrisch isolierende Isolationsschicht 9 kann auch eine mittels Eloxierens hergestellte Oxidationsschicht sein oder umfassen. Die elektrisch isolierende Isolationsschicht 9 ist vorzugsweise mehrschichtig mit wenigstens zwei Einzelschichten ausgebildet. Die Einzelschichten können dabei elektrisch leitend oder elektrisch isolierend ausgebildet sein.
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Das Substrat 8 kann als Metallplatte 10, vorzugsweise aus Aluminium, ausgebildet sein. Alternativ dazu kann das Substrat 8 aus einem flexiblen Material bestehen oder zumindest ein flexibles Material umfassen. Das Substrat 8 ist folienartig ausgebildet und enthält vorzugsweise Aluminium und/oder Kupfer. Die elektronischen bzw. elektrischen Bauelemente 7 können Teil einer Motorsteuerung oder Motorregelung des Elektromotors 1 zum Steuern bzw. Regeln der Drehbewegung des Rotors des Elektromotors 1 relativ zu seinem Stator sein. Dies gilt insbesondere, wenn dieser als bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor) realisiert ist. -Alternativ dazu kann das Substrat 8 auch als lackiertes Stanzgitter ausgebildet sein.
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In einer in den Figuren nicht dargestellten Variante kann die elektrische Isolation 6 auch auf einer dem Gehäuseinnenraum 3 zugewandten Innenseite des Gehäuses 2 angeordnet sein.
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In den 3 und 4 ist jeweils ein Schaltungsbeispiel 20 für eine mögliche elektrische Verdrahtung der elektrischen Bauelemente 7 auf der elektrischen Isolation 6 gezeigt. Man erkennt, dass neben ohmschen Widerständen 17 auch Kapazitäten 18 in Form von Kondensatoren 21 sowie Induktivitäten 19 zwischen elektrischen Anschlüssen 16 und dem Gehäuse 2 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 1 im Betrieb erzeugte Störsignale teilweise oder sogar vollständig.
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Es ist klar, dass auch andere elektronische Schaltungen realisiert sein können, so beispielsweise eine BLDC-Positionserfassung des Rotors des Elektromotors 1 sowie eine elektronische Schaltung zur Drehzahlerfassung. Denkbar ist außerdem eine Schaltung zur elektrischen Strommessung sowie zur Temperaturüberwachung mittels geeigneter Temperatursensoren. Des Weiteren kann auch eine Treiberschaltung für den Elektromotor 1 realisiert sein.
