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Stand der Technik
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Die Offenlegungsschrift
DE 3914082 A1 offenbart einen elektronisch kommutierten Elektromotor mit einem wenigstens eine Statorwicklung aufweisenden Stator, einem magnetisierte Bereiche aufweisenden Rotor, sowie einem Sensorelement am Stator zur Erfassung der Position der magnetisierten Bereiche.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Motor umfasst einen Stator und einen Rotor, sowie einen Leitungsträger, welcher einen Sensorbereich und einen Statorbereich aufweist. Der Leitungsträger ist an einem Lagerschild des Motors angeordnet. Der Sensorbereich und der Statorbereich sind in der gleichen Ebene des Leitungsträgers angeordnet. Unter einem Statorbereich können elektrische Bauteile, insbesondere Leiterbahnen in einem Leitungsträger verstanden werden, die zur Kontaktierung von Statorspulen des Stators verwendet werden, und somit in bekannter Weise einen Rotor in Rotation versetzen können. Der Sensorbereich umfasst ebenfalls elektrische Bauteile insbesondere Leiterbahnen zur Ansteuerung von Spulen, sowie Spulen, die in Form von Erregerspulen und Detektorspulen zur Detektion einer Bewegung des Rotors verwendet werden. Die Detektion der Rotorbewegung erfolgt über ein induktives Messprinzip. Eine Anordnung des Sensorbereichs und des Statorbereichs in einem gemeinsamen Bauteil hat zum Vorteil, dass die beiden Elemente bauraumsparend im Motor verbaut werden können, und dass eine einfachere Anbringung am Lagerschild erfolgen kann, da nur ein einzelnes Bauteil angebracht werden muss. Darüber hinaus, ist von Vorteil, dass die Material- und Herstellkosten sinken, da ein größerer Teil der Leiterplatte verwendet wird und Prozesskosten nur einmal entstehen.
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In weiterer Ausgestaltung des Motors erfolgt mittels des Statorbereichs eine elektronische Kontaktierung von einem Steuergerät zu dem Stator erfolgt, insbesondere zu Statorspulen des Stators und mittels des Sensorbereichs eine elektronische Kontaktierung eines Steuergeräts mit Sensorspulen und Erregerspulen zur Detektion einer Drehbewegung des Rotors. Dies ermöglicht eine platzsparende Anordnung von Spulenkontaktierungen und Sensorkontaktierungen in einem gemeinsamen Bauteil auf einem gemeinsamen Leitungsträger. Im Vergleich zu herkömmlichen Verschalteplatten bei denen über Stanzgitterbauteile separat von der Sensorelektronik eine Spulenbestromung erfolgt, kann bei der vorliegenden Ausgestaltung die Anzahl der zu handhabenden Komponenten reduziert werden, in dem die Bauteile integriert werden. Dies hat Kostenvorteile und reduziert die Montageschritte. Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Verschaltung in einer Leiterplatte realisiert ist. Durch die resultierende Designfreiheit kann eine bessere Phasensymmetrie erzeugt werden (Widerstand von drei Phasen fast identisch). Die führt zu einer Momentenwelligkeit- beziehungsweise Geräuschs-Optimierung.
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Vorteilhaft ist ferner, dass der Sensorbereich und der Statorbereich konzentrisch im Leitungsträger angeordnet sind, wobei Sensorbereich und Statorbereich insbesondere ringförmig ausgebildet sind. Dadurch kann die sowieso vorherrschende zylinderförmige Motorgeometrie aufgegriffen werden und es kann eine einfachere Montage des ringförmigen Bauteils in einem zylinderförmigen Motor erfolgen. Aufgrund der Tatsache, dass Sensorbereich und Statorbereich ringförmig sind, können weitere Bauteile mittig innerhalb der Bereiche aufgenommen werden.
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In Ausgestaltung des Motors sind der Sensorbereich und der Statorbereich entlang des Umfangs einer mittigen Öffnung des Lagerschilds angeordnet sind, insbesondere umschließen der Sensorbereich und der Statorbereich jeweils die mittige Öffnung.
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Dies ermöglicht eine Aufnahme weiterer Komponenten in der Öffnung des Lagerschilds, wie beispielsweise ein Lager für die Rotorwelle des Motors. Ebenso wird eine platzsparende Anordnung von Sensorbereich und Statorbereich ermöglicht.
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Ferner ist vorteilhaft, dass die mittige Öffnung des Lagerschilds ein Kugellager hält, welches eine Rotorwelle lagert.
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In vorteilhafter Weiterbildung ist der Statorbereich radial außerhalb des Sensorbereichs angeordnet. So kann der Sensorbereich, welche die für die eigentliche Detektion benötigten Sensorelemente aufweist, beispielsweise die Erregerspulen und die Detektionsspulen, näher an den Rotor herangeführt werden, und diesem gegenüber angeordnet werden. Dies hat zum Vorteil, dass der Sensor sehr nahe an dem zu vermessenden Objekt positioniert werden kann, in diesem Fall an dem zu vermessenden Rotor, dessen Bewegung ermittelt und vermessen werden soll.
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In weiterer Ausgestaltung weist der Leitungsträger an einer dem Rotor abgewandten Seite erste Kontaktierungsmittel, insbesondere Kontaktierungspads auf, wobei mittels der ersten Kontaktierungsmittel ein aktives Sensorbauteil elektrisch kontaktierbar ist, welches ebenfalls an der dem Rotor abgewandten Seite des Leitungsträgers angeordnet ist. Das aktive Sensorbauteil kann beispielsweise ein ASIC sein, der die Sensorelektronik umfasst. Die Kontaktierung der Kontaktierungsmittel, insbesondere der Kontaktierungspads kann beispielsweise mittels Federkontakten erfolgen, die im verbauten Zustand des Motors in Anlage mit den Kontaktierungspads gelangen.
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In Ausgestaltung des Motors erfolgt die elektronische Kontaktierung der Statorspulen des Stators ausgehend vom Statorbereich über zweite Kontaktierungsmittel, insbesondere über Kontaktstifte. Die zweiten Kontaktierungsmittel können beispielsweise Teil eines Stanzteils sein, welches über Schneidklemmverbindung an die Spulendrähte, und mittels Einpresspins an dem Leitungsträger montiert werden können. Eine vorteilhafte Art der elektrischen Kontaktierung mit den zweiten Kontaktierungsmittel erfolgt im Randbereich des Statorbereichs des Leitungsträgers. Besonders vorteilhaft kann sein, die Kontaktierung im äußeren Randbereich des Statorbereichs vorzusehen, und somit baulich beabstandet vom Sensorbereich und vom bewegten Bauteil (dem Rotor) des Motors.
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In Ausgestaltung des Motors ist der Leitungsträger in einer Aufnahme am Lagerschild des Motors eingebracht, welche einerseits von der mittigen Öffnung andererseits von einer äußeren Berandung begrenzt ist. So kann der Leitungsträger vorpositioniert am Lagerschild vorgesehen werden, und einfach mitsamt dem Lagerschild transportiert und verbaut werden.
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Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand von Figuren beschrieben.
- 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Motors.
- 2 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Lagerschilds mit einem Leitungsträger.
- 3 zeigt eine Vollansicht des Lagerschilds mit Leitungsträger.
- 4 zeigt eine Queransicht von Teilen des Motorinnenraums mit Kontaktierungen für den Stator.
- 5 zeigt eine Vollansicht von Teilen des Motorinnenraums mit Kontaktierungen für den Stator.
- 6 zeigt eine Vollansicht von Teilen des Motorinnenraums mit Kontaktierungen für Sensorelemente.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt einen Antriebsmotor 1 in einer Querschnittsdarstellung. Ein Rotor 12 ist mit einer Welle 10 verbunden, die mittels Lagern 13 und 14 gelagert ist. Das untere Lager 13 ist in einer Aussparung eines Gehäuses 15 des Antriebsmotors 1 aufgenommen. Das obere Lager 14 ist in eine Aussparung 5 eines Lagerschilds 11 des Antriebmotors 1 aufgenommen. Die Welle 10 ist in den Lagern 13 und 14 um ihre Längsachse 10 drehbar.
Mittels eines Stators 16, der den Rotor 12 umgibt, kann der Rotor 12 in Rotation versetzt werden. Der Stator 16 umfasst ein Elektroblechpaket, mit zwei stirnseitigen Isolierungen. Die Isolierscheibe auf der Getriebeseite hat die zusätzliche Funktion eine Kontaktierschnittstelle in Richtung eines Steuergeräts darzustellen, wozu freiliegende Drähte in Taschen vorgehalten sind, und entsprechend positioniert sind für
Schneidklemmverbindungen.
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Der Rotor 12 umfasst dabei beispielsweise ein Blechpaket aus Elektroblech, sowie Rotormagnete, die im Rotorpaket integriert sind.
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Ein Target 7 ist derart mit der Welle 10 und/oder dem Rotor 12 verbunden, so dass es mit dem Rotor 12 und/oder der Welle 10 mitrotiert. Die Bewegung des Target 7 kann mit einem geeigneten Sensor 3 vermessen werden. Mittels des Sensors 3 kann so anhand des Targets 7 eine Positionsbestimmung und/oder eine Drehzahlauswertung des Rotors 12 erfolgen. Diese Positionsbestimmung und/oder Drehzahlauswertung des Rotors 12 kann dann zur Motoransteuerung herangezogen werden.
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Der Sensor 3 ist dabei parallel zum Target 7 vorgehalten, so dass sensitive Sensorflächen des Sensors 3 dem Target 7 gegenüberliegen. Als Messprinzip kann ein induktives Messprinzip angewendet werden. Der Sensor 3 umfasst dabei wenigstens eine Erregerspule und wenigstens eine Detektorspule. Erregerspule und Detektorspule sind beide in einem ersten Bereich 3 einer Leiterplatte 8 integriert. Das Target 7 umfasst Bereiche die elektrisch leitfähig sind, sowie elektrisch nicht leitfähige Bereiche. Der Sensor 3, genauer gesagt die Leiterplatte 8 umfasst des Weiteren noch aktive und passive Sensorbauteile wie beispielweise einen Sensor ASIC, der rückseitig an der Leiterplatte 8 angebracht ist. Der ASIC kann dabei beliebig auf der Rückseite der Leiterplatte 8 positioniert werden. In einer Ausgestaltung ist er im Sensorbereich 3 (siehe unten) der Leiterplatte 8 positioniert. Im Sensorbereich 3 ist im Vergleich zu einem Statorbereich 4 (siehe unten) eine niedrigere Wärmebildung zu erwarten, aufgrund der höheren Ströme im Statorbereich 4.
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Bei Rotation des Targets 7 überstreichen die elektrisch leitfähigen Bereiche des Targets 7 im Wechsel mit den nichtleitenden Bereichen des Targets 7 die sensitiven Flächen des Sensors 3. Dadurch wird eine veränderliche Spannung in der Detektorspule induziert, was als Signal die Rotationsbewegung charakterisiert. Dadurch kann die Position beziehungsweise die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 12 relativ zum Stator 16 ermittelt werden.
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Der Stator 16 umfasst Kontaktierungsanschlüsse 9, die Spulen des Stators 16 zugeordnet sind und diese mit Strom / Spannung beaufschlagen können, um so bei der Motoransteuerung die Bewegung des Rotors 12 hervorzurufen. Diese Kontaktierungsanschlüsse 9 werden mit einem zweiten Bereich 4 der Leiterplatte 8 verbunden, die darüber hinaus auch mit einem Motorsteuergerät verbunden werden kann, insbesondere über eine Steuergeräteschnittstelle 6. Der erste Sensorbereich 3 und der zweite Statorbereich 8 sind Teile einer gemeinsamen Leiterplatte 8.
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Der Statorbereich 4 und der Sensorbereich 3 sind auf gleichen Ebenen in Bezug auf das Target 7 angeordnet. Der Sensorbereich 3 ist näher der Welle 10 angeordnet, als die der Statorbereich 4. In 1 ist die Leiterplatte 8, welche den Statorbereich 4 und den Sensorbereich 3 umfasst, direkt am Lagerschild 11 des Motors 1 angebracht.
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Eine derartige Anbringung am Lagerschild 11 des Motors ist in 2 und 3 gezeigt. 2 zeigt dabei einen Querschnitt der Anordnung und 3 eine Gesamtansicht.
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Das Lagerschild 11 weist eine mittige Aussparung 5 auf, die das obere Lager 14 aufnehmen kann. Die Leiterplatte 8 umgibt die Aussparung 5 des Lagerschilds 11. Die Aussparung 5 wird durch einen Kragen gebildet. In radialer Abfolge nach außen hin folgt die Leiterplatte 8, die auf dem Lagerschild angeordnet ist, sowie eine Berandung 17 in Form einer Erhöhung. Die Leiterplatte 8 ist zwischen Aussparung 5 und Berandung 17 aufgenommen. In radialer Abfolge von innen nach außen befindet sich der Sensorbereich 3 der Leiterplatte 8 näher der Aussparung 5 des Lagerschilds. Der Statorbereich 4 der Leiterplatte befindet sich näher der Berandung 17 des Lagerschilds.
Kontaktierungselemente 6, zur Kontaktierung eines Steuergeräts (nicht eingezeichnet) sind ausgehend von der Leiterplatte 8 durch das Lagerschild 11 hindurchgeführt und ragen von derjenigen Seite des Lagerschilds weg, die der Leiterplatte 8 abgewandt ist.
Anders formuliert ist die Leiterplatte 8 an einer Seites des Lagerschilds angeordnet, während die Kontaktierungselemente 6 von dieser Seite zur anderen Seite des Lagerschilds 11 führen.
Da 3 die bei 2 beschriebenen Elemente ebenfalls aufweist, werden diese nicht erneut beschrieben. Es wird lediglich darauf hingewiesen, dass die Leiterplatte 8 die mittige Aussparung 5 ringförmig umgibt. Die Berandung 17 umgibt ebenfalls ringförmig die Leiterplatte 8, und dabei auch die Aussparung 5.
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4 zeigt eine weitere Schnitt-Darstellung von Teilen des Motors 1. Wieder ist die Leiterplatte 8 mit Sensorbereich 3 und Statorbereich 4 zu erkennen. Die Kontaktierungselemente 6 die vom Steuergerät kommend das Steuergerät mit dem Stator 16 verbindet, insbesondere mit den Statorspulen, sind ebenfalls gezeigt. Am Randbereich der Leiterplatte sind Kontaktierungsanschlüsse 9 zu sehen, die von der Leiterplatte 8 zum Stator 16 führen, insbesondere zu den Statorspulen. Das Lagerschild 11 ist in 4 nicht eingezeichnet.
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5 zeigt eine 4 entsprechende Gesamtansicht, an der zu erkennen ist, dass die Kontaktierungsanschlüsse 9 um die mittige Öffnung der Leiterplatte 8 herum angeordnet sind und so eine einfache Kontaktierung des Stators an mehreren Stellen des Stators 16 ermöglicht wird.
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6 zeigt eine weitere Ansicht von Teilen des Motors 1 umfassend wiederum die Leiterplatte 8, welche wie beschreiben den Statorbereich 4 und den Sensorbereich 3 aufweist. Der Statorbereich kann wieder über Kontaktierungselemente 6 mit einem Steuergerät verbunden werden. Zusätzlich gezeigt ist eine Anschlussmöglichkeit für den Sensorbereich 3, der über Kontaktierungspads 18 - im gezeigten Fall über 6 Pads - ebenfalls mit einem Steuergerät verbunden werden kann. Es kann sich dabei um das gleiche Steuergerät handeln, welches auch den Stator 16 über die Kontaktierungselemente 6 ansteuert, insbesondere die Statorspulen des Stators 16. Des Weiteren ist ein aktives elektronisches Bauteil 19 in Form eines ASIC eingezeichnet. Die Spannungsversorgung des ASIC erfolgt über die Kontaktierungspads 18, die ebenso die von ASIC erstellten Rotorpositionssignale erhalten, die dann dem Steuergerät zur Verfügung gestellt werden. Die Anordnung neben der ringförmigen Struktur des Sensorbereichs 3 mit Überlapp zum Statorbereich 4 ist beispielhaft zu sehen. Andere Anordnungen sind möglich.
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Die Leiterplatte 8 kann als separates Bauteil am Stator 16 montiert werden, dann wird das Lagerschild 11 separat im letzten Montageschritt des Motors in das Motorgehäuse 15 eingebaut. Alternativ kann die Leiterplatte 8 am Lagerschild 11 befestigt sein wobei die Montage beider Bauteile am Motor in einem gemeinsamen Montageschritt erfolgt. Die Lagerschild-Montage und die elektrische Kontaktierung der Statorpins erfolgt dabei gemeinsam.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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