DE102020006660A1

DE102020006660A1 - Elektromotor mit Verbinder, in den ein Stromsignal eingegeben wird, und Verfahren zum Herstellen des Elektromotors

Info

Publication number: DE102020006660A1
Application number: DE102020006660.7A
Authority: DE
Inventors: Masao Fukuda; Nobuyuki OOTAKE
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-11-06
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2021-05-06
Also published as: JP7348033B2; CN213717789U; US11777366B2; US20210135536A1; CN112787467A; JP2021078198A

Abstract

Ein Elektromotor erleichtert das Verfahren zum Herstellen des Elektromotors. Der Elektromotor enthält einen Trägerwerkstoff mit einer elektronischen Komponente, einen ersten Verbinder am Stator, wobei der erste Verbinder eingerichtet ist zum Aufnehmen eines Stromsignals, welches in die Spule einzugeben ist, und eines Kommunikationssignals der elektronischen Komponente, und eine Verdrahtungsstruktur, welche die elektronische Komponente und den ersten Verbinder für eine Kommunikation verbindet. Die Verdrahtungsstruktur hat einen zweiten Verbinder, der auf dem Trägerwerkstoff angebracht ist, und einen dritten Verbinder, der am Stator befestigt ist, wobei der dritte Verbinder eingerichtet ist für eine Verbindung mit dem zweiten Verbinder und für die Anbringung des Trägerwerkstoffes am Stator durch Bewegung des Trägerwerkstoffes in Richtung auf den Stator.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor, der mit einem Verbinder versehen ist, in den ein Stromsignal eingegeben wird, und ein Verfahren zum Herstellen des Elektromotors.
Stand der Technik
Bekannt sind Elektromotoren mit einem Verbinder, in den ein Stromsignal eingegeben wird (z.B. JP 2015-185420 A ). Es besteht ein Bedarf an einer Technik zur Vereinfachung des Verfahrens zum Herstellen eines Elektromotors.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung enthält ein Elektromotor einen Stator mit einer Spule; einen Trägerwerkstoff, der an einem axialen Endabschnitt des Stators angebracht ist, wobei eine elektronische Komponente auf dem Trägerwerkstoff angebracht ist; einen ersten Verbinder am Stator, der eingerichtet ist zum Aufnehmen eines in die Spule einzugebenden Stromsignals und eines mit der elektronischen Komponente auszutauschenden Kommunikationssignals; und eine Verdrahtungsstruktur, die die elektronische Komponente und den ersten Verbinder für eine Kommunikation verbindet.
Die Verdrahtungsstruktur enthält einen zweiten Verbinder, der auf dem Trägerwerkstoff angebracht ist; und einen dritten Verbinder, der an dem Stator befestigt ist, wobei der dritte Verbinder eingerichtet ist für eine Verbindung mit dem zweiten Verbinder durch Bewegen des Trägerwerkstoffes in Richtung auf den Stator zum Anbringen des Trägerwerkstoffes am Stator.
Gemäß einer anderen Ausführung der vorliegenden Beschreibung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen des Elektromotors das Verbinden des zweiten Verbinders mit einem dritten Verbinder zusammen mit der Bewegung des Trägerwerkstoffes in Richtung auf den Stator zum Anbringen des Trägerwerkstoffes am Stator. Der Trägerwerkstoff kann auch als „Basis“ bezeichnet werden.
Gemäß der vorliegenden Beschreibung kann der zweite Verbinder mit dem dritten Verbinder verbunden werden zusammen mit der Bewegung des Trägerwerkstoffes in Richtung auf ein Stützteil zum Anbringen des Substrates an dem Stützteil. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, das Verfahren zum Verbinden des zweiten Verbinders mit dem dritten Verbinder beim Herstellen des Elektromotors zu erleichtern.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm eines mechanischen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 ist eine auseinandergezogene Darstellung eines Elektromotors gemäß dem Ausführungsbeispiel.
3 ist eine Vorderansicht des Elektromotors gemäß 2.
4 ist ein Teil-Schnitt des in 3 gezeigten Elektromotors aus Sicht gemäß dem Pfeil C in 3.
5 ist eine auseinandergezogene Darstellung des Elektromotors gemäß dem Ausführungsbeispiel.
6 ist eine Vorderansicht des Elektromotors gemäß 5.
7 ist ein Teil-Schnitt des in 6 gezeigten Elektromotors aus Sicht in Richtung gemäß dem Pfeil D in 6.
8 ist ein Blockdiagramm eines mechanischen Systems gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel.

BESCHREIBUNG VON EINZELHEITEN
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Beschreibung näher beschrieben mit Bezug auf die Figuren. In den nachfolgend beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispielen sind einander entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass sich eine wiederholte Beschreibung derselben erübrigt.
In der nachfolgenden Beschreibung ist die Axialrichtung eine Richtung entlang einer Drehachse A eines Elektromotors und die Radialrichtung entspricht der Richtung eines Radius eines Kreises, dessen Mittelpunkt in der Achse A liegt, während die Umfangsrichtung in Richtung des Umfanges dieses Kreises verläuft. Weiterhin wird der Überschaubarkeit halber in der nachfolgenden Richtung eine Richtung gemäß dem Pfeil B in den Figuren als „in Axialrichtung nach vorne“ bezeichnet (oder „axial nach vorne“).
Mit Bezug auf 1 wird ein mechanisches System 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Das mechanische System 10 ist beispielsweise ein Werkzeugmaschinensystem zum Bearbeiten eines Werkstückes. Das mechanische System 10 enthält eine Steuereinrichtung 12 und einen Elektromotor 20. Insbesondere kann es sich bei der Steuereinrichtung 12 um einen Computer handeln mit beispielsweise einem Prozessor (CPU, GPU etc.) und einem Speicher (ROM, RAM etc.), wobei die Steuereinrichtung den Betrieb des Elektromotors 20 steuert.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Elektromotor 20 ein Servomotor und enthält einen Rotor 22, einen Stator 24, einen Rotationsdetektor 26, einen Trägerwerkstoff (auch als Basisplatte zu bezeichnen) 28 und einen Verbinder 30. Der Rotor 22 ist radial innerhalb des Stators 24 angeordnet und um die Achse A drehbar. Der Rotor 22 enthält eine Drehwelle 32 und einen Rotorkern 34. Die Drehwelle 32 erstreckt sich geradeaus in der Axialrichtung. Ein Werkzeug ist am axial vorderen Ende der Drehwelle 32 anbringbar. Der Rotorkern 34 enthält eine Mehrzahl von Magneten (nicht dargestellt) und ist außerhalb der Drehwelle 32 fixiert.
Der Stator 24 enthält einen Statorkern 36, eine Spule 38 und ein Statorgehäuse 40. Der Statorkern 36 ist hohl und besteht aus einer Mehrzahl von magnetischen Stahlplatten, die in axialer Richtung geschichtet sind. Eine Mehrzahl von Zähnen 36a ist an einem radial inneren Endabschnitt des Statorkerns 36 derart ausgeformt, dass sie in Umfangsrichtung fluchten. Die Spule 38 ist um die Zähne 36a gewickelt.
Das Statorgehäuse 40 ist am axial hinteren Ende des Statorkerns 36 derart angeordnet, dass es das Innere des Statorkerns 36 abschließt. Ein Durchgangsloch 41 ist in der Mitte des Statorgehäuses 40 ausgeformt und ein axial hinteres Ende der Drehwelle 32 ragt durch das Durchgangsloch 41 aus dem Statorgehäuse 40.
Der Rotationsdetektor 26 ist in Axialrichtung hinter dem Statorkern 36 angeordnet und eingerichtet zum Detektieren der Rotation (z.B. einer Drehstellung, eines Drehwinkels) des Rotors 22 des Elektromotors 20. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Rotationsdetektor 26 ein Rotationskodierer und enthält ein lichtemittierendes Element 42 (z.B. eine LED), ein Lichtempfangselement 44 (z.B. ein fotoelektrisches Wandlerelement) und einen Drehschlitz 46.
Das lichtemittierende Element 42 emittiert Licht L (z.B. Laserstrahlung) in Richtung auf das Lichtempfangselement 44 und das Lichtempfangselement 44 empfängt das Licht L. Der Drehschlitz 46 ist zwischen dem lichtemittierenden Element 42 und dem Lichtempfangselement 44 angeordnet und am axial hinteren Ende der Drehwelle 32 so fixiert, dass er integral mit der Drehwelle 32 rotiert.
Schlitze zum Strukturieren des Lichtes L vom lichtemittierenden Element 42 sind in dem Drehschlitz 46 ausgeformt und das Licht L passiert die Schlitze, um so selbst strukturiert zu werden, und gelangt so auf das Lichtempfangselement 44. Das Lichtempfangselement 44 empfängt das strukturierte (gemusterte) Licht L und wandelt es fotoelektrisch und überträgt ein dem Licht L entsprechendes elektrisches Signal an den IC-Chip 48a, der weiter unten näher beschrieben ist.
Der Trägerwerkstoff 28 ist am axial hinteren Endabschnitt des Stators 24 angebracht. Ein elektrischer Schaltkreis 52 ist auf dem Trägerwerkstoff 28 angebracht (eine sogenannte gedruckte Schaltungsplatine: PCB) und verschiedene elektronische Komponenten 48 (ein IC-Chip, ein Widerstand, ein Induktor, ein Kondensator etc.) sind durch eine Verdrahtung 50 elektrisch verbunden (gedruckte Verdrahtung) zur Bildung der elektrischen Schaltung 52. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel enthalten die elektronischen Komponenten 48 den IC-Chip 48a, der eingerichtet ist zur Signalverarbeitung. Der IC-Chip 48a gewinnt Informationen bezüglich der Rotation des Rotors 22 aus dem elektrischen Signal, welches von dem Lichtempfangselement 44 empfangen wird, und überträgt die Information als ein Kommunikationssignal CS1 bezüglich der Rotation an den Verbinder 30.
Der Verbinder 30 (erster Verbinder) ist am Stator 24 befestigt. Ein elektrisches Kabel 54 ist abnehmbar mit dem Verbinder 30 verbunden und der Verbinder 30 ist kommunikationsmäßig verbunden mit der Steuereinrichtung 12 über das elektrische Kabel 54. Das elektrische Kabel 54 ist beispielsweise ein einziges zusammengesetztes Kabel mit einer Mehrzahl von Arten leitfähiger Drähte und einer Hülle, welche die mehreren leitenden Drähte umschließt. Der Verbinder 30 empfängt das Kommunikationssignal CS1 vom IC-Chip 48a und leitet das Kommunikationssignal CS1 weiter zu der Steuereinrichtung 12 über das elektrische Kabel 54.
Andererseits überträgt die Steuereinrichtung 12 einen Befehl zum IC-Chip 48a als Kommunikationssignal CS2 an den Verbinder 30 über das elektrische Kabel 54. Der durch die Steuereinrichtung 12 an den IC-Chip 48a zu übertragende Befehl enthält beispielsweise einen Befehl zum Starten und zum Stoppen der Rotationsdetektion des Elektromotors 20 durch den Rotationsdetektor 26.
Der Verbinder 30 empfängt das Kommunikationssignal CS2 von der Steuereinrichtung 12 und leitet das Kommunikationssignal CS2 zum IC-Chip 48a weiter. Auch überträgt die Steuereinrichtung 12 ein Stromsignal PS zum Antreiben des Elektromotors 20 über das elektrische Kabel 54 zum Verbinder 30. Der Verbinder 30 empfängt das Stromsignal PS von der Steuereinrichtung 12 und gibt das Stromsignal PS in die Spule 38. Bei dem Stromsignal PS handelt es sich beispielsweise um drei-phasigen Wechselstrom (AC), durch welchen der Rotor 22 zum Drehen angetrieben wird.
Der Elektromotor 20 enthält weiterhin eine Verdrahtungsstruktur 56, welche die elektronischen Komponenten 48 und den Verbinder 30 für eine Kommunikation verbindet. Nachfolgend wird die Konfiguration des Elektromotors 20 mit Blick auf die 2 bis 4 mit weiteren Einzelheiten näher beschrieben. Ein Elektromotor 20A gemäß den 2 bis 4 ist ein Ausführungsbeispiel für den Elektromotor 20. Der Klarheit der Darstellung halber ist der Rotationsdetektor 26 für den Elektromotor 20A nicht dargestellt.
Ein Stator 24A des Elektromotors 20A enthält den Statorkern 36, die Spulen 38 ( 1), ein Statorgehäuse 40A und ein Trägerbauteil 58. Das Statorgehäuse 40A ist eine flache Platte, die in Kontakt steht mit einer axial hinteren Endoberfläche des Statorkerns 36. Durchgangslöcher 41 und 60 sind im Statorgehäuse 40A ausgeformt. Das Durchgangsloch 60 ist im Wesentlichen rechtwinkelig und radial außerhalb in Bezug auf das Durchgangsloch 41 angeordnet.
Das Trägerbauteil 58 ist am Statorgehäuse 40A auf der Seite angebracht (d.h. auf der axial hinteren Seite), die dem Statorkern 36 gegenüberliegt (von ihm abgekehrt ist). Das Trägerbauteil 58 enthält einen zylinderförmigen Abschnitt 62, einen Trägerwerkstoff-Anbringungsabschnitt 64, ein Verbindermontageteil 66 und ein Paar von Montage-Flanschen 68. Der zylinderförmige Abschnitt 62 ist im Wesentlichen konzentrisch ausgerichtet in Bezug auf die Drehwelle 32 und in Bezug auf die Achse A; der oben beschriebene Rotationsdetektor 26 ist in dem zylinderförmigen Abschnitt 62 aufgenommen. Ein Schlitz 62a ist in dem zylinderförmigen Abschnitt 62 zur Unterteilung des zylinderförmigen Abschnittes 62 in Umfangsrichtung ausgeformt. Der Trägerwerkstoff-Anbringungsabschnitt 64 ist in einem axial hinteren Bereich des zylinderförmigen Abschnittes 62 ausgeformt. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der Trägerwerkstoff-Anbringungsabschnitt 64 eine konkave Form, in die der Trägerwerkstoff 28 eingepasst werden kann.
Das Verbindermontageteil 66 ist in dem Schlitz 62a des zylinderförmigen Abschnittes 62 so angeordnet, dass es radial nach außen aus dem zylinderförmigen Abschnitt 62 hervorragt. Das Verbindermontageteil 66 ist integral mit dem zylinderförmigen Abschnitt 62 ausgeformt. Verbinder 70 und 72 sind am Verbindermontageteil 66 angebracht. Der Verbinder 70 (dritter Verbinder) steht axial aus der hinteren axialen Stirnfläche des Verbindermontageteils 66 in axialer Richtung vor und ist axial nach hinten ausgerichtet. Andererseits ist gemäß 4 der Verbinder 72 (vierter Verbinder) innerhalb des Verbindermontageteils 66 angeordnet und axial nach vorne ausgerichtet (d.h. zum Statorgehäuse 40A). Der Verbinder 72 ist elektrisch mit dem Verbinder 70 verbunden.
Die Verbindungsflansche 68 sind integral mit dem zylinderförmigen Abschnitt 62 derart ausgebildet, dass sie radial vom zylinderförmigen Abschnitt 62 vorstehen. Ein Befestigungsloch 68a ist in jedem des Paares von Befestigungsflanschen 68 ausgeformt. Wird das Trägerbauteil 58 am Statorgehäuse 40A angebracht, werden Befestigungsmittel (z.B. Bolzen) durch das jeweilige Befestigungsloch 68a geschoben und in jeweiligen Befestigungsbohrungen 69 (2), die in dem Statorgehäuse 40A ausgeformt sind, befestigt, wodurch das Trägerbauteil 58 am Statorgehäuse 40A befestigt wird.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Verbinder 30 auf einer äußeren Oberfläche des Statorkerns 36 angeordnet und so ausgerichtet, dass er radial nach außen weist. Gemäß 4 ist eine Stromversorgungsplatte 74 im Inneren des Statorkerns 36 befestigt. Die Stromversorgungsplatte 74 ist eine ringförmige, flache Platte, die beispielsweise durch Löten am Statorkern 36 befestigt ist.
Eine elektrische Schaltung (nicht dargestellt) ist auf der Stromversorgungsplatte 74 angebracht und hat eine Verdrahtung (gedruckte Verdrahtung), um der Spule 38 das Stromsignal PS zuzuführen. Ein Leitungsdraht der Spule 38 ist elektrisch mit der Verdrahtung der Stromversorgungsplatte 74 verbunden. Ist das Stromsignal PS beispielsweise ein Wechselstromsignal mit drei Phasen, enthält die Verdrahtung der Stromversorgungsplatte 74 eine U-Phasen-Stromübertragungsverdrahtung, um das U-Phasen-Stromsignal PSo der U-Phasen-Spule 38n zuzuführen; eine V-Phasen-Stromübertragungsverdrahtung zum Zuführen des V-Phasen-Stromsignals PSv zur V-Phasen-Spule 38; und eine W-Phasen-Stromübertragungsverdrahtung zum Zuführen eines W-Phasen-Stromsignals PSw zur W-Phasen-Spule 38.
Der Verbinder 30 und die auf der Stromversorgungsplatte 74 angebrachte elektrische Schaltung sind über einen Verbinder 76 miteinander verbunden, der mit dem Verbinder 30 und dem Verbinder 77 verbunden ist, wobei Letzterer auf der Stromversorgungsplatte 74 montiert ist. Das in den Verbinder 30 eingegebene Stromsignal PS wird über die Verbinder 76 und 77 zur Verdrahtung an der Stromversorgungsplatte 74 übertragen (die Vedrahtung für die Leistungsübertragung bezüglich der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase) und dann auch über die Verdrahtung an der Stromversorgungsplatte 74 in die Spulen 38 eingegeben (die Spulen für die U-Phase, die V-Phase und die W-Phase). Der Verbinder 78 ist an der Stromversorgungsplatte 74 angebracht.
Der Verbinder 78 (fünfter Verbinder) ist elektrisch verbunden mit der elektrischen Schaltung auf der Stromversorgungsplatte 74 und so angeordnet, dass er axial hinten von der Stromversorgungsplatte 74 vorsteht. Der Verbinder 78 ist so ausgerichtet, dass er nach axial hinten gerichtet ist (d.h. zum Trägerbauteil 58) und er ist in dem Durchgangsloch 60 des Statorgehäuses 40A so angeordnet, dass der distale Endabschnitt des Verbinders 78 vom Statorgehäuse 40A axial nach hinten vorsteht durch das Durchgangsloch 60 des Statorgehäuses 40A. In einem Zustand, in dem das Trägerbauteil 58 am Statorgehäuse 40A gemäß den 3 und 4 angebracht ist, ist der Verbinder 78 mit dem Verbinder 72 am Trägerbauteil 58 verbunden.
Gemäß 2 ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel der Trägerwerkstoff 28 ein ringförmiges flaches Plattenbauteil und ein Verbinder 80 ist darauf angebracht, zusammen mit der elektrischen Schaltung 52, wie oben beschrieben. Der Verbinder 80 (zweiter Verbinder) ist elektrisch verbunden mit der Verdrahtung 50 der elektrischen Schaltung 52 und deshalb elektrisch mit den elektronischen Komponenten 48 über die Verdrahtung 50 verbunden.
Der Verbinder 80 ist so ausgerichtet, dass er axial nach vorne weist (d.h. zum Trägerbauteil 58). In dem Zustand gemäß den 3 und 4 ist der Verbinder 80 mit dem Verbinder 70 am Trägerbauteil 58 verbunden. In den 2 bis 4 ist es zwar nicht dargestellt, jedoch ist die elektrische Schaltung 52 auf der axialen Vorderseite des Trägerwerkstoffes 28 montiert.
Wie oben beschrieben, sind in dem Zustand gemäß den 3 und 4 der Verbinder 30 und die elektronischen Komponenten 48 am Trägerwerkstoff 28 für eine Kommunikation miteinander verbunden über den Verbinder 76, den Verbinder 77, die elektrische Schaltung der Stromversorgungsplatte 74, den Verbinder 78, den Verbinder 72, den Verbinder 70 und den Verbinder 80. Somit bilden beim vorliegenden Ausführungsbeispiel der Verbinder 76, der Verbinder 77, die elektrische Schaltung der Stromversorgungsplatte 74, der Verbinder 76, der Verbinder 72, der Verbinder 70 und der Verbinder 80 eine Verdrahtungsstruktur 56a.
Nunmehr wird ein Verfahren zum Herstellen des Elektromotors 20A beschrieben. Zunächst stellt der Hersteller den Trägerwerkstoff (auch als Basis zu bezeichnen) 28 her, auf dem die elektrische Schaltung 52 angebracht ist; weiterhin das Trägerbauteil 58, auf dem die Verbinder 70 und 72 vorgesehen sind; das Statorgehäuse 40A; die Stromversorgungsplatte 74, auf der die elektrische Schaltung und die Verbinder 77 und 78 angebracht sind; und den Statorkern 36, an dem die Verbinder 30 und 76 vorgesehen sind.
Sodann fixiert der Hersteller die Stromversorgungsplatte 74 am Statorkern 36, beispielsweise durch Lötung, und zwar in einem Zustand, in dem der Verbinder 77 mit dem Verbinder 76 verbunden ist. Sodann bewegt der Hersteller (oder ein Roboter) das Statorgehäuse 40A axial vorwärts in Richtung auf den Statorkern 36 derart, dass der Verbinder 78 in das Durchgangsloch 60 eingeführt wird, und er fixiert das Statorgehäuse 40A am Statorkern 36 mittels Befestigungsmitteln (z.B. Bolzen).
Sodann ordnet der Hersteller (oder der Roboter) das Trägerbauteil 58 auf der axialen Hinterseite des Statorgehäuses 40A an, derart, dass der Verbinder 72 und der Verbinder 78 in Axialrichtung einander gegenüberliegen und das Trägerbauteil 58 wird axial nach vorne bewegt in Richtung auf das Statorgehäuse 40A, um so das Trägerbauteil 58 mit dem Statorgehäuse 40A in Kontakt zu bringen.
Durch diese Bewegung des Trägerbauteils 58 in Richtung auf das Statorgehäuse 40A wird der Verbinder 72 mit dem Verbinder 78 in axialer Richtung verbunden. Der Hersteller (oder der Roboter) schiebt dann die Befestigungsmittel durch die Befestigungslöcher 68a und befestigt diese in den Befestigungsbohrungen 69 (2) des Statorgehäuses 40A. Auf diese Weise wird das Trägerbauteil 58 an dem Statorgehäuse 40A angebracht.
Sodann positioniert der Hersteller (oder der Roboter) den Trägerwerkstoff 28 auf der axial hinteren Seite des Trägerbauteils 58 derart, dass der Verbinder 80 und der Verbinder 70 in Axialrichtung einander gegenüberliegen und bewegt den Trägerwerkstoff 28 axial nach vorne in Richtung auf das Trägerbauteil 58, so dass der Trägerwerkstoff 28 in den Trägerwerkstoff-Anbringungsabschnitt 64 des Trägerbauteils 58 passt.
Durch diese Bewegung des Trägerwerkstoffes 28 in Richtung auf das Trägerbauteil 58 wird der Verbinder 80 in Axialrichtung mit dem Verbinder 70 verbunden. Sodann fixiert der Hersteller (oder der Roboter) den Trägerwerkstoff 28 am Trägerbauteil 58 durch Befestigungsmittel (z.B. Bolzen). Auf diese Weise wird der Trägerwerkstoff 28 am Trägerwerkstoff-Anbringungsabschnitt 64 des Trägerbauteils 58 angebracht.
Wie oben beschrieben, hat der Elektromotor 20A eine Verdrahtungsstruktur 56A, welche die elektronischen Komponenten 58 und den Verbinder 30 für eine Kommunikation verbindet, wobei die Verdrahtungsstruktur 56A den Verbinder 76, den Verbinder 77, die elektrische Schaltung der Stromversorgungsplatte 74, den Verbinder 78, den Verbinder 72, den Verbinder 70 und den Verbinder 80 aufweist. Das von dem IC-Chip 48a übertragene Kommunikationssignal CS1 wird über die Verdrahtungsstruktur 56A in den Verbinder 30 eingegeben und durch den Verbinder 30 weitergeleitet, so dass es zu der Steuereinrichtung 12 übertragen wird. Andererseits wird das von der Steuereinrichtung 12 in den Verbinder 30 eingegebene Kommunikationssignal CS2 durch den Verbinder 30 weitergeleitet und über die Verdrahtungsstruktur 56A zum IC-Chip 48a übertragen.
Aufgrund der Verdrahtungsstruktur 56A kann der Verbinder 80 mit dem Verbinder 70 verbunden werden durch die Bewegung des Trägerwerkstoffes 28 in Richtung auf das Trägerbauteil 58, um den Trägerwerkstoff 28 am Trägerbauteil 58 anzubringen. Mit dieser Konfiguration kann beim Herstellungsverfahren für den Elektromotor 20A die Verbindungsoperation bezüglich der Verbinder 80 und 70 erleichtert werden. Da die Verbindungsoperation durch den Roboter ausgeführt werden kann, ist es weiterhin möglich, den Herstellungsprozess zu automatisieren.
Die Verdrahtungsstruktur 56A enthält die Verbinder 76 und 77, die Verbinder 78 und 72 und die Verbinder 70 und 80, welche ineinandergeschoben und auseinandergezogen werden können; die Verdrahtungsstruktur enthält aber nicht eine Kabelleitung (insbesondere keinen flexiblen leitenden Draht). Mit dieser Konfiguration kann die Gefahr eines Bruchs der Kabelleitung ausgeschlossen werden und die Funktionszuverlässigkeit und auch der Rauschwiderstand bezüglich der Kommunikation können verbessert werden bei erhöhter Kommunikationsgeschwindigkeit.
Aufgrund der Verdrahtungsstruktur 56A kann der Verbinder 72 mit dem Verbinder 78 verbunden werden zusammen mit der Operation des Bewegens des Trägerbauteils 58 in Richtung auf das Statorgehäuse 40A zur Anbringung des Trägerbauteils 58 am Statorgehäuse 40A. Mit dieser Konfiguration ist das Verbinden der Verbinder 72 und 78 erleichtert. Da das Verbinden durch einen Roboter ausgeführt werden kann, ist es möglich, das Herstellungsverfahren zu automatisieren.
Nunmehr wird ein Elektromotor 20B mit Bezug auf die 5 bis 7 beschrieben. Der Elektromotor 20B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für den Elektromotor 20. Zur Vereinfachung der Darstellung ist der oben beschriebene Rotationsdetektor 26 in der Figur nicht erneut dargestellt. Der Stator 24B des Motors 20B enthält den Statorkern 36, die Spule 38 (1) und ein Statorgehäuse 40B.
Das Statorgehäuse 40B enthält einen zylinderförmigen Abschnitt 84 und einen Trägerwerkstoff-Anbringungsabschnitt 86. Der Plattenabschnitt 82 ist ein flaches Bauteil und steht in Kontakt mit der axial hinteren Oberfläche des Statorkerns 36. Das Durchgangsloch 41 (7) und ein Durchgangsloch 83 sind im Plattenabschnitt 82 ausgeformt. Das Durchgangsloch 83 ist im Wesentlichen rechtwinkelig und radial in Bezug auf das Durchgangsloch 41 nach außen versetzt. Der zylinderförmige Abschnitt 84 ist integral ausgeformt mit dem Plattenabschnitt 82 und steht axial nach hinten vom Plattenabschnitt 82 ab.
Der zylinderförmige Abschnitt 84 ist in Bezug auf die Drehwelle 32 und die Achse A im Wesentlichen konzentrisch angeordnet, wobei der oben beschriebene Rotationsdetektor 26 in dem zylinderförmigen Abschnitt 84 aufgenommen ist. Ein Schlitz 84a teilt den zylinderförmigen Abschnitt 84 in Umfangsrichtung. Der Schlitz 84a kommuniziert mit dem Durchgangsloch 83 in axialer Richtung. Der Trägerwerkstoff-Anbringungsabschnitt 86 ist am axial hinteren Ende des zylinderförmigen Abschnittes 84 ausgeformt. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der Trägerwerkstoff-Anbringungsabschnitt 86 eine konkave Form, in welche der Trägerwerkstoff 28 passgenau eingefügt werden kann.
Ähnlich wie beim oben beschriebenen Elektromotor 20A ist die Stromversorgungsplatte 74 gemäß 7 im Statorkern 36 fixiert, wobei der Verbinder 67 auf der axialen Vorderseite der Stromversorgungsplatte 74 angeordnet ist, während ein Verbinder 88 auf der axial hinteren Seite der Stromversorgungsplatte 74 angeordnet ist. Der Verbinder 88 (der dritte Verbinder) ist in Bezug auf den Statorkern 36 über die Stromversorgungsplatte 74 fixiert. Der Verbinder 88 ist elektrisch verbunden mit der elektrischen Schaltung auf der Stromversorgungsplatte 74 und steht in axialer Richtung nach hinten von der Stromversorgungsplatte 74 vor.
Der Verbinder 88 ist so ausgerichtet, dass er axial nach hinten gerichtet ist (d.h. zum Trägerwerkstoff 28) und er ist in Bezug auf das Statorgehäuse 40B so angeordnet, dass ein distales Ende vom Plattenabschnitt 82 durch das Durchgangsloch 83 des Plattenabschnittes 82 axial nach hinten vorsteht und so vom Schlitz 84a des zylinderförmigen Abschnittes 84 aufgenommen wird. In einem Zustand, in dem der Trägerwerkstoff 28 gemäß den 6 und 7 am Trägerwerkstoff-Anbringungsabschnitt 64 angebracht ist, ist der Verbinder 80 mit dem Verbinder 88 verbunden, der in dem Schlitz 84a des Statorgehäuses 40B angeordnet ist.
Wie oben beschrieben, sind in dem Zustand gemäß den 6 und 7 der Verbinder 30 und die elektronischen Komponenten 48 auf dem Trägerwerkstoff 28 für eine Kommunikation miteinander verbunden über den Verbinder 76, den Verbinder 77, die elektrische Schaltung der Stromversorgungsplatte 74, den Verbinder 88 und den Verbinder 80. Somit bilden beim vorliegenden Ausführungsbeispiel der Verbinder 76, der Verbinder 77, die elektrische Schaltung der Stromversorgungsplatte 74, der Verbinder 88 und der Verbinder 80 die Verdrahtungsstruktur 56B.
Nunmehr wird ein Verfahren zum Herstellen des Elektromotors 20B beschrieben. Zunächst bereitet der Hersteller den Trägerwerkstoff 28 vor, auf dem die elektrische Schaltung 52 angebracht ist, weiterhin bereitet er vor das Statorgehäuse 40B, die Stromversorgungsplatte 74, auf der die elektrische Schaltung vorgesehen ist sowie die Verbinder 77 und 88, und den Statorkern 36, auf dem die Verbinder 30 und 76 vorgesehen sind. Der Hersteller fixiert sodann die Stromversorgungsplatte 74 am Statorkern 36, z.B. durch Löten in einem Zustand, in dem der Verbinder 77 mit dem Verbinder 76 verbunden ist.
Der Hersteller (oder der Roboter) bewegt sodann das Statorgehäuse 40B axial nach vorne in Richtung auf den Statorkern 36 derart, dass der Verbinder 88 in das Durchgangsloch 83 und den Schlitz 84a geschoben wird, und das Statorgehäuse 40B wird am Statorkern 36 mit Befestigungsmitteln (z.B. Bolzen) befestigt. Der Hersteller (oder der Roboter) positioniert dann den Trägerwerkstoff 28 auf der axialen Hinterseite des Statorgehäuses 40B so, dass der Verbinder 80 und der Verbinder 88 in Axialrichtung einander gegenüberliegen und dann wird der Trägerwerkstoff 28 axial nach vorne in Richtung auf das Statorgehäuse 40B bewegt, um so den Trägerwerkstoff 28 in den Trägerwerkstoff-Anbringungsabschnitt 86 des Statorgehäuses 40B passgenau einzufügen.
Durch diese Bewegung des Trägerwerkstoffes 28 in Richtung auf das Statorgehäuse 40B wird der Verbinder 80 mit dem Verbinder 88 verbunden. Der Hersteller (oder der Roboter) fixiert sodann den Trägerwerkstoff 28 am Statorgehäuse 40B mit Befestigungsmitteln (z.B. Bolzen). Dadurch wird der Trägerwerkstoff 28 am Trägerwerkstoff-Anbringungsabschnitt 64 des Statorgehäuses 40B angebracht.
Wie oben beschrieben, enthält der Elektromotor 20B die Verdrahtungsstruktur 56B, welche die elektronischen Komponenten 48 und den Verbinder 30 für eine Kommunikation verbindet, wobei die Verdrahtungsstruktur 56B den Verbinder 76, den Verbinder 77, die elektrische Schaltung der Stromversorgungsplatte 74, den Verbinder 88 und den Verbinder 80 aufweist. Die Steuereinrichtung 12 kann die Kommunikationssignale CS1 und CS2 über die Verdrahtungsstruktur 56B mit den elektronischen Komponenten 48 austauschen.
Aufgrund der Verdrahtungsstruktur 56B kann der Verbinder 80 mit dem Verbinder 88 verbunden werden bei der Bewegung des Trägerwerkstoffes 28 in Richtung auf das Statorgehäuse 40B, um den Trägerwerkstoff 28 am Statorgehäuse 40B anzubringen. Mit dieser Konfiguration kann beim Herstellungsprozess des Elektromotors 20B die Verbindung zwischen den Verbindern 80 und 88 in einfacher Weise ausgeführt werden. Da die Verbindungsoperation durch einen Roboter ausgeführt werden kann, ist es möglich, den Herstellungsprozess zu automatisieren.
Die Verdrahtungsstruktur 56B enthält die Verbinder 76 und 77 und die Verbinder 88 und 80, welche ineinandergeschoben bzw. auseinandergezogen werden, sie enthält aber keine Kabelleitung (keinen flexiblen leitenden Draht). Damit ist bei dieser Konfiguration die Gefahr eines Bruchs der Kabelleitung ausgeschlossen und damit wird die Funktionszuverlässigkeit und der Rauschwiderstand der Kommunikation verbessert und auch die Geschwindigkeit der Kommunikation wird erhöht.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Trägerwerkstoff 28 am Trägerwerkstoff-Anbringungsabschnitt 64 angebracht, der integral ausgeformt ist mit dem Statorgehäuse 40B. Mit dieser Konfiguration kann die Anzahl der Komponenten des Elektromotors 20B reduziert werden. Damit können die Herstellungskosten reduziert werden und auch der Herstellungsprozess für den Elektromotor 20B kann vereinfacht werden.
Der oben beschriebene Rotationsdetektor 26 ist nicht auf einen Rotationskodierer beschränkt und kann beispielsweise auch ein Hall-Element sein. In diesem Fall überträgt das Hall-Element des Rotationsdetektors 26 zum IC-Chip 48a ein elektrisches Signal entsprechend dem rotierenden Magnetfeld, welches durch die Drehung des Rotors 22 erzeugt wird. Der IC-Chip 48a gewinnt Informationen bezüglich der Rotation des Rotors 22 aus dem elektrischen Signal des Hall-Elementes und überträgt die Information bezüglicher der Rotation zu dem Verbinder 30 als das Kommunikationssignal CS1.
Die Stromversorgungsplatte 74 kann am Statorgehäuse 40A (bzw. 40B) fixiert werden, indem sie zwischen den Statorkern 36 und das Statorgehäuse 40A (oder den Plattenabschnitt 82) gelegt wird. Die Verbinder 76 und 77 können am Elektromotor 20A weggelassen werden und der Verbinder 30 und die elektrische Schaltung der Stromversorgungsplatte 74 können über ein elektrisches Kabel oder dergleichen verbunden werden.
Andererseits können die Verbinder 72 und 78 am Elektromotor 20A weggelassen werden und die elektrische Schaltung der Stromversorgungsplatte 74 und der Verbinder 70 können über ein elektrisches Kabel oder dergleichen verbunden werden. Andererseits kann die Stromversorgungsplatte 74 am Elektromotor 20A weggelassen werden und der Verbinder 30 und der Verbinder 70 können über ein elektrisches Kabel oder dergleichen verbunden werden. Auch in diesem Fall ist der Vorgang des Verbindens der Verbinder 80 und 70 vereinfacht. In ähnlicher Weise kann die Stromversorgungsplatte 74 am Elektromotor 20B weggelassen werden und der Verbinder 88 kann am Plattenabschnitt befestigt werden, wobei der Verbinder 30 und der Verbinder 88 über ein elektrisches Kabel oder dergleichen miteinander verbunden werden können.
Auch kann in dem Elektromotor 20A, 20B der Trägerwerkstoff 28 so gestaltet sein, dass er beispielsweise aus radialer Richtung am Trägerwerkstoff-Anbringungsabschnitt 64, 86 anbringbar ist. Beispielsweise kann der Trägerwerkstoff-Anbringungsabschnitt 64, 86 eine Vertiefung aufweisen, welche den Trägerwerkstoff 28 in radialer Richtung gleitend aufnimmt, und der Trägerwerkstoff 28 kann so gestaltet sein, dass er in den Trägerwerkstoff-Anbringungsabschnitt 64, 86 eingepasst werden kann durch eine Gleitbewegung des Trägerwerkstoffes 28 in radialer Richtung in der Vertiefung des Trägerwerkstoff-Anbringungsabschnittes 64 oder 86. In diesem Fall kann der Verbinder 80 so angeordnet werden, dass er in Bezug auf den Verbinder 70, 88 in radialer Richtung eingeschoben bzw. herausgezogen werden kann.
Weiterhin kann der Elektromotor 20 (20A, 20B) einen Bremsmechanismus enthalten. Ein solches Ausführungsbeispiel ist in 8 dargestellt. Der in 8 gezeigte Elektromotor 20 enthält einen Bremsmechanismus 90. Der Bremsmechanismus 90 bremst den Rotor 22. Insbesondere enthält der Bremsmechanismus 90 einen Bremskern 92, eine Anregungsspule 94, ein Vorspannungsbauteil 96, einen Anker 98, eine Endplatte 100 und eine Bremsscheibe 102.
Der Bremskern 92 ist beispielsweise aus einem magnetischen Material (wie Eisen) hergestellt. Die Anregungsspule 94 ist im Bremskern 92 aufgenommen und mit einer Brems-Stromquelle 104 verbunden. Die Brems-Stromquelle 104 legt eine Spannung an die Anregungsspule 94 an. Das Vorspannungsbauteil 96 ist ein elastisches Bauteil, wie eine Wendelfeder, und spannt den Anker 98 in Richtung auf die Bremsscheibe 102 vor. Der Anker 98 besteht aus einem magnetischen Material und ist in Axialrichtung bewegbar, um so wahlweise mit der Bremsscheibe 102 in Kontakt zu kommen oder sich von ihr zu trennen.
Die Endplatte 100 ist an einer Stelle getrennt von dem Anker 98 in axialer Richtung angeordnet. Die Endplatte 100 ist über ein Befestigungsmittel (nicht dargestellt), wie einem Bolzen, an dem Bremskern 92 befestigt. Die Bremsscheibe 102 ist eine kreisförmige Platte, die in Bezug auf die Achse A zentriert ist. Die Bremsscheibe 102 ist auf der Drehwelle 32 so angeordnet, dass sie in Umfangsrichtung in Bezug auf die Drehwelle 32 nicht bewegbar ist, also zusammen mit der Drehwelle 32 rotiert. Die Bremsscheibe 102 ist zwischen dem Anker 98 und der Endplatte 100 gelegen.
Liegt die Brems-Stromquelle 104 eine Spannung an die Anregungsspule 94 an, wird der Bremskern 92 angeregt und der Anker 98 wird durch den Bremskern 92 durch Magnetkräfte angezogen, gegen die Vorspannungskraft des Vorspannungsbauteils 96. Im Ergebnis wird der Anker 98 von der Bremsscheibe 102 getrennt und die Bremswirkung durch den Bremsmechanismus 90 wird aufgehoben.
Wenn andererseits die Brems-Stromquelle 104 keine Spannung mehr an die Anregungsspule 94 anlegt, wird die Anregung des Bremskerns 92 aufgehoben, wodurch die den Anker 98 zum Bremskern 92 anziehende magnetische Kraft verschwindet. Im Ergebnis wird der Anker 98 durch die Wirkung des Vorspannungsbauteils 96 gegen die Bremsscheibe 102 gedrückt, wodurch die Bremsscheibe 102 zwischen dem Anker 98 und der Endplatte 100 fixiert ist. Damit bremst der Bremsmechanismus 90 den Rotor 22.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel enthalten die elektronischen Komponenten 48 den IC-Chip 48b zum Betrieb des Bremsmechanismus 90. Die Steuereinrichtung 12 überträgt zum Verbinder 30 einen Befehl für den IC-Chip 48b als Kommunikationssignal CS3 über das elektrische Kabel 54. Das in den Verbinder 30 eingegebene Kommunikationssignal CS3 wird über die Verdrahtungsstruktur 56 (56A, 56B) zum IC-Chip 48b übertragen.
Der IC-Chip 48b arbeitet als Brems-Stromquelle 104 entsprechend dem Kommunikationssignal CS2 von der Steuereinrichtung 12 und bewirkt so, dass der Bremsmechanismus 90 die Bremsoperation bzw. die Freigabe der Bremsung ausführt. Andererseits überträgt der IC-Chip 48b Zustandsinformationen bezüglich des Bremsmechanismus 90 (z.B. Informationen, die einen EIN-/AUS-Zustand des Bremsens anzeigen, Zeitinformationen bezüglich einer Verzögerung der Bremsoperation oder dergleichen) zu dem Verbinder 30 über die Verdrahtungsstruktur 56 (56A, 56B) als Kommunikationssignal CS4. Der Verbinder 30 leitet das Kommunikationssignal CS4 zur Steuereinrichtung 12.
Der Elektromotor 20 kann einen Bremsmechanismus 90 ohne den Rotationsdetektor 26 aufweisen. Auch kann der Elektromotor 20 eine jegliche andere Einrichtung enthalten, die verschieden ist vom Rotationsdetektor 26 und dem Bremsmechanismus 90. In diesem Fall können die elektronischen Komponenten 48 ein Kommunikationssignal CS austauschen mit dem Verbinder 30 und der Steuereinrichtung 12 über die Verdrahtungsstruktur 56 (56A, 56B) entsprechend einem elektrischen Signal von der genannten anderen Einrichtung.
Zwar wurde die hier gegebene Offenbarung näher beschrieben anhand der obigen Ausführungsbeispiele, jedoch schränken die Ausführungsbeispiele nicht die beanspruchte Erfindung ein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015185420 A [0002]

Claims

Elektromotor (20) aufweisend: einen Stator (24) mit einer Spule (38); einen Trägerwerkstoff (28), der an einem axialen Ende des Stators (24) angebracht ist, wobei eine elektronische Komponente (48) an dem Trägerwerkstoff (28) angebracht ist; einen ersten Verbinder (30), der am Stator (24) vorgesehen und eingerichtet ist, ein in die Spule (38) einzugebendes Stromsignal aufzunehmen und ein Kommunikationssignal, welches mit der elektronischen Komponente (48) zu kommunizieren ist; und eine Verdrahtungsstruktur (56), die die elektronische Komponente (48) und den ersten Verbinder (30) für eine Kommunikation verbindet, wobei die Verdrahtungsstruktur (56) enthält: einen zweiten Verbinder (80), der auf dem Trägerwerkstoff (28) angebracht ist; und einen dritten Verbinder (88), der an dem Stator (24) befestigt und eingerichtet ist, mit dem zweiten Verbinder (80) verbunden zu werden über eine Bewegung des Trägerwerkstoffes (28) in Richtung auf den Stator (24) zum Anbringen des Trägerwerkstoffes (28) am Stator (24).
Elektromotor (20) gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend einen Rotationsdetektor (26), der eingerichtet ist zum Detektieren der Rotation des Elektromotors (20), wobei die elektronische Komponente (48) einen IC-Chip (48a) aufweist, der eingerichtet ist zum Übertragen von Informationen bezüglich der mit dem Rotationsdetektor (26) detektierten Rotation als Kommunikationssignal an den ersten Verbinder (30).
Elektromotor (20) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Stator (24) enthält: einen Statorkern (36), um den die Spule (38) gewickelt ist; ein Statorgehäuse (40) an einem axialen Endabschnitt des Statorkerns (36); und ein Trägerbauteil (58), welches dem Statorkern (36) gegenüberliegend am Statorgehäuse (40) angebracht ist, wobei das Trägerbauteil (58) enthält: einen Trägerwerkstoff-Anbringungsabschnitt (64), an dem der Trägerwerkstoff (28) angebracht ist; und einen Verbinder-Anbringungsabschnitt (66), an dem der dritte Verbinder (88) befestigt ist.
Elektromotor (20) gemäß Anspruch 3, wobei die Verdrahtungsstruktur (56) enthält: einen vierten Verbinder (72), der am Trägerbauteil (58) so angeordnet ist, dass er dem Statorgehäuse (40) gegenüberliegt; und einen fünften Verbinder (78), der am Statorgehäuse (40) so angeordnet ist, dass er dem Trägerbauteil (58) gegenüberliegt, und der eingerichtet ist zum Verbinden des vierten Verbinders (72) durch eine Bewegung des Trägerbauteils (58) in Richtung auf das Statorgehäuse (40) zum Anbringen des Trägerbauteils (58) am Statorgehäuse (40).
Elektromotor (20) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Stator (24) enthält: einen Statorkern (36), um den die Spule (38) gewickelt ist; und ein Statorgehäuse (40B) am axialen Endabschnitt des Statorkerns (36) und mit einem Trägerwerkstoff-Anbringungsabschnitt (86), an dem der Trägerwerkstoff (28) angebracht ist, wobei der dritte Verbinder (88) im Statorgehäuse (40B) angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen des Elektromotors (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, aufweisend: das Verbinden des zweiten Verbinders (80) mit dem dritten Verbinder (88) beim Bewegen des Trägerwerkstoffes (28) in Richtung auf den Stator (24) zum Anbringen des Trägerwerkstoffes (28) am Stator (24).