DE102020211081A1 - Control device, in particular steering control device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung geht aus von einer Steuervorrichtung (10a-e), insbesondere einer Lenkungssteuervorrichtung, mit einer Elektronikeinheit (12a-e) zur Ansteuerung wenigstens eines Elektromotors (14a-e) und/oder zur Erfassung wenigstens einer Betriebsgröße des Elektromotors (14a-e) und mit wenigstens einer Leiterplatte (16a-e), auf welcher die Elektronikeinheit (12a-e) zumindest teilweise angeordnet ist.Es wird vorgeschlagen, dass die Leiterplatte (16a-e) mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt ist.The invention is based on a control device (10a-e), in particular a steering control device, with an electronics unit (12a-e) for controlling at least one electric motor (14a-e) and/or for detecting at least one operating variable of the electric motor (14a-e). and having at least one printed circuit board (16a-e) on which the electronics unit (12a-e) is at least partially arranged.It is proposed that the printed circuit board (16a-e) be produced using a 3D printing process.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Steuervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Zudem betrifft die Erfindung eine Aktuatorbaugruppe mit einer solchen Steuervorrichtung, ein Lenksystem mit einer solchen Aktuatorbaugruppe sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Steuervorrichtung.The invention is based on a control device according to the preamble of claim 1. The invention also relates to an actuator assembly having such a control device, a steering system having such an actuator assembly and a method for producing such a control device.
Aus dem Stand der Technik sind Lenksysteme bekannt, welche Lenkaktuatoren mit einem Elektromotor und mit einer Steuervorrichtung zur Steuerung eines Betriebs des Elektromotors umfassen. Die Steuervorrichtung ist dabei in der Regel in einem an den Elektromotor angrenzenden Elektronikgehäuse angeordnet und umfasst eine Elektronikeinheit sowie wenigstens eine Leiterplatte, auf welcher die Elektronikeinheit angeordnet ist.Steering systems are known from the prior art, which include steering actuators with an electric motor and with a control device for controlling an operation of the electric motor. The control device is generally arranged in an electronics housing adjacent to the electric motor and includes an electronics unit and at least one printed circuit board on which the electronics unit is arranged.
Eine Schwierigkeit besteht darin, die gesamte Elektronik in dem Elektronikgehäuse unterzubringen, wobei gleichzeitig eine gute Entwärmung der Elektronikeinheit gewährleistet werden muss. Zur Erhöhung der Fläche der Leiterplatte wurde deshalb in der nachveröffentlichten
Ferner existieren unterschiedliche 3D-Druckverfahren, mittels welchen inzwischen auch Leiterplatten sehr kostengünstig und mit nahezu beliebigen Formen erzeugt werden können. In diesem Zusammenhang sei beispielhaft auf die
Ausgehend davon besteht die Aufgabe der Erfindung insbesondere darin, eine Steuervorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich eines Aufbaus bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 11, 12 und 13 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.Proceeding from this, the object of the invention consists in particular in providing a control device with improved properties with regard to a structure. The object is achieved by the features of claims 1, 11, 12 and 13, while advantageous configurations and developments of the invention can be found in the dependent claims.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Die Erfindung geht aus von einer Steuervorrichtung, insbesondere einer Lenkungssteuervorrichtung, mit einer Elektronikeinheit zur Ansteuerung wenigstens eines Elektromotors und/oder zur Erfassung wenigstens einer Betriebsgröße des Elektromotors und mit wenigstens einer Leiterplatte, auf welcher die Elektronikeinheit zumindest teilweise, vorzugsweise zu wenigstens einem Großteil und besonders bevorzugt vollständig, angeordnet ist.The invention is based on a control device, in particular a steering control device, with an electronics unit for controlling at least one electric motor and/or for detecting at least one operating variable of the electric motor and with at least one printed circuit board on which the electronics unit is at least partially, preferably at least for the most part and especially preferably completely, is arranged.
Es wird vorgeschlagen, dass die Leiterplatte mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt ist. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere eine Steuervorrichtung mit einem vorteilhaften Aufbau bereitgestellt werden. Insbesondere kann eine vorteilhafte Flexibilität erreicht werden, wodurch die Leiterplatte vorteilhaft an ein vorgegebenes Einbauvolumen angepasst werden kann. Ferner kann vorteilhaft eine Effizienz, insbesondere eine Herstellungseffizienz, einer Montageeffizienz, eine Bauraumeffizienz und/oder eine Kosteneffizienz, verbessert werden. Insbesondere kann in diesem Zusammenhang ein vorgegebenes Einbauvolumen besonders effizient ausgenutzt werden. Darüber hinaus kann insbesondere eine Entwärmung der Steuervorrichtung verbessert werden.It is proposed that the printed circuit board is made using a 3D printing process. This refinement makes it possible in particular to provide a control device with an advantageous structure. In particular, an advantageous flexibility can be achieved, as a result of which the printed circuit board can advantageously be adapted to a predetermined installation volume. Furthermore, efficiency, in particular manufacturing efficiency, assembly efficiency, installation space efficiency and/or cost efficiency, can advantageously be improved. In particular, a predetermined installation volume can be used particularly efficiently in this context. In addition, in particular cooling of the control device can be improved.
Unter einer „Steuervorrichtung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, einer Aktuatorbaugruppe verstanden werden, welcher/welche insbesondere in zumindest einem Betriebszustand zur Steuerung eines Betriebs wenigstens eines Elektromotors der Aktuatorbaugruppe vorgesehen ist. Der Elektromotor ist insbesondere als bürstenloser Motor und vorteilhaft als Asynchronmotor oder als permanenterregter Synchronmotor ausgebildet und umfasst vorzugsweise wenigstens eine Motorwelle, welche insbesondere eine Rotationsachse des Elektromotors definiert. Darüber hinaus kann der Elektromotor vorteilhaft ein, insbesondere als Aufnahmegehäuse ausgebildetes, Motorgehäuse und/oder wenigstens ein Lagerschild umfassen. Ferner umfasst die Steuervorrichtung vorzugsweise ein, insbesondere an den Elektromotor, vorteilhaft das Lagerschild, angrenzendes und bevorzugt unmittelbar mit dem Elektromotor gekoppeltes, Elektronikgehäuse, in welchem zumindest die Elektronikeinheit und die Leiterplatte angeordnet sind. Des Weiteren umfasst die Elektronikeinheit insbesondere eine Ansteuerelektronik, insbesondere in Form einer Steuerlogik und/oder einer Leistungselektronik, zur Ansteuerung des Elektromotors und/oder eine Erfassungselektronik zur Erfassung wenigstens einer Betriebsgröße, wie beispielsweise einer Rotorlage und/oder einer Temperatur, des Elektromotors. Die Elektronikeinheit umfasst folglich mehrere Elektronikbauteile, wobei insbesondere wenigstens eines der Elektronikbauteile als Leistungselektronikbauteil ausgebildet und Teil der Leistungselektronik sein kann.In this context, a “control device” should be understood to mean at least a part, in particular a subassembly, of an actuator assembly, which is provided in particular in at least one operating state for controlling operation of at least one electric motor of the actuator assembly. The electric motor is designed in particular as a brushless motor and advantageously as an asynchronous motor or as a permanently excited synchronous motor and preferably comprises at least one motor shaft, which in particular defines an axis of rotation of the electric motor. In addition, the electric motor can advantageously comprise a motor housing, in particular designed as a receiving housing, and/or at least one bearing plate. Furthermore, the control device preferably comprises an electronics housing which adjoins the electric motor, advantageously the end shield, and is preferably coupled directly to the electric motor, in which at least the electronics unit and the printed circuit board are arranged. Furthermore, the electronics unit includes in particular control electronics, in particular in the form of control logic and/or power electronics, for controlling the electric motor and/or detection electronics for detecting at least one operating variable, such as a rotor position and/or a temperature, of the electric motor. The electronic unit consequently comprises a plurality of electronic components, in which case in particular at least one of the electronic components can be in the form of a power electronic component and can be part of the power electronic system.
Ferner umfasst die Leiterplatte insbesondere ein mittels des 3D-Druckverfahrens gedrucktes Trägersubstrat, insbesondere in Form eines Grundkörpers, und bevorzugt wenigstens eine mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte und auf dem Trägersubstrat angeordnete Leiterbahn. Insbesondere kann die Leiterplatte auch mehrere mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte und auf dem Trägersubstrat angeordnete Leiterbahnen umfassen. Zudem kann die Leiterplatte grundsätzlich auch zumindest einen Teil der Elektronikeinheit, insbesondere wenigstens ein aktives oder passives und mittels des 3D-Druckverfahrens gedrucktes Elektronikbauteil, wie beispielsweise einen elektrischen Widerstand, ein Kondensator, eine Induktivität und/oder ein Sensorelement, umfassen. Bei dem 3D-Druckverfahren kann es sich beispielsweise um ein Stereolithographie-Verfahren, ein Laser-Sinter-Verfahren, ein Laser-Strahlschmelzverfahren, ein Elektronen-Strahlschmelzverfahren, ein Fused-Deposition-Modeling-Verfahren bzw. Fused-Filament-Fabrication-Verfahren und/oder ein Aerosol Jet 3D-Druckverfahren handeln. Bevorzugt handelt es sich bei dem 3D-Druckverfahren jedoch um eine Art Tintenstrahldruckverfahren und/oder Material-Jetting-Verfahren, beispielsweise in Form eines Multi-Jet Modeling-Verfahrens und/oder eines Poly-Jet Modeling-Verfahrens. Ferner könnte die Leiterplatte insbesondere als flexible Leiterplatte ausgebildet sein. Vorteilhaft ist die Leiterplatte jedoch zumindest teilweise, vorzugsweise zu wenigstens einem Großteil und besonders bevorzugt vollständig, starr und/oder formstabil ausgebildet. Vorzugsweise ist die Leiterplatte ferner einstückig ausgebildet. Unter „einstückig“ soll insbesondere zumindest stoffschlüssig verbunden und/oder miteinander ausgebildet verstanden werden. Der Stoffschluss kann beispielsweise durch einen Klebeprozess, einen Anspritzprozess, einen Schmelzprozess, einen Lötprozess und/oder einen anderen Prozess hergestellt werden. Vorteilhaft soll unter einstückig jedoch einteilig und insbesondere aus einem Stück und/oder in einem Stück geformt verstanden werden. Ferner sollen unter dem Ausdruck „zu wenigstens einem Großteil“ insbesondere zumindest 55 %, vorteilhaft zumindest 75 % und besonders vorteilhaft zumindest 90 %, verstanden werden. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.Furthermore, the printed circuit board includes, in particular, a carrier printed by means of the 3D printing process carrier substrate, in particular in the form of a base body, and preferably at least one conductor track printed by means of the 3D printing process and arranged on the carrier substrate. In particular, the printed circuit board can also include a plurality of conductor tracks which are printed using the 3D printing process and are arranged on the carrier substrate. In addition, the printed circuit board can in principle also include at least part of the electronic unit, in particular at least one active or passive electronic component printed using the 3D printing process, such as an electrical resistor, a capacitor, an inductance and/or a sensor element. The 3D printing method can be, for example, a stereolithography method, a laser sintering method, a laser beam melting method, an electron beam melting method, a fused deposition modeling method or fused filament fabrication method and /or an aerosol jet 3D printing process. However, the 3D printing method is preferably a type of ink jet printing method and/or material jetting method, for example in the form of a multi-jet modeling method and/or a poly-jet modeling method. Furthermore, the printed circuit board could be designed in particular as a flexible printed circuit board. However, the printed circuit board is advantageously at least partially, preferably at least to a large extent and particularly preferably completely, rigid and/or dimensionally stable. Furthermore, the printed circuit board is preferably designed in one piece. “In one piece” is to be understood in particular as being at least cohesively connected and/or formed with one another. The material connection can be produced, for example, by an adhesive process, an injection molding process, a melting process, a soldering process and/or another process. Advantageously, however, one-piece is to be understood as meaning one-piece and in particular formed from one piece and/or in one piece. Furthermore, the expression “for the most part” is to be understood to mean in particular at least 55%, advantageously at least 75% and particularly advantageously at least 90%. “Provided” should be understood to mean, in particular, specially programmed, designed and/or equipped. The fact that an object is provided for a specific function is to be understood in particular to mean that the object fulfills and/or executes this specific function in at least one application and/or operating state.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Leiterplatte wenigstens einen ersten Leiterplattenabschnitt aufweist, welcher senkrecht zu einer Motorwelle des Elektromotors, insbesondere der bereits zuvor genannten Motorwelle, angeordnet ist, und wenigstens einen mit dem ersten Leiterplattenabschnitt verbundenen, insbesondere einstückig verbundenen, zweiten Leiterplattenabschnitt aufweist, welcher winklig zu dem ersten Leiterplattenabschnitt angeordnet ist und insbesondere einen Winkel von zumindest 80°, vorteilhaft von zumindest 90°, und/oder von höchstens 170°, vorteilhaft von höchstens 150°, mit dem ersten Leiterplattenabschnitt einschließt, insbesondere in einer Richtung senkrecht zur Motorwelle des Elektromotors betrachtet. Insbesondere schließen eine, insbesondere bestückbare, Oberfläche und/oder eine Haupterstreckungsebene des ersten Leiterplattenabschnitts und eine, insbesondere bestückbare, Oberfläche und/oder eine Haupterstreckungsebene des zweiten Leiterplattenabschnitts dabei den Winkel von zumindest 80°, vorteilhaft von zumindest 90°, und/oder von höchstens 170°, vorteilhaft von höchstens 150°, ein. Zudem können der erste Leiterplattenabschnitt und der zweite Leiterplattenabschnitt insbesondere derart miteinander verbunden sein, dass ein Verbindungsbereich des ersten Leiterplattenabschnitts und des zweiten Leiterplattenabschnitts eine scharfe Kante oder eine Biegung und/oder Rundung mit einem definierten Radius aufweist. Der erste Leiterplattenabschnitt ist insbesondere starr und/oder formstabil ausgebildet und insbesondere zur Aufnahme wenigstens eines Elektronikbauteils der Elektronikeinheit vorgesehen. Der zweite Leiterplattenabschnitt ist insbesondere starr und/oder formstabil ausgebildet und insbesondere zur Aufnahme wenigstens eines weiteren Elektronikbauteils der Elektronikeinheit vorgesehen. Darunter, dass „der erste Leiterplattenabschnitt senkrecht zur Motorwelle des Elektromotors angeordnet ist“ soll insbesondere verstanden werden, dass eine, insbesondere bestückbare, Oberfläche und/oder eine Haupterstreckungsebene des ersten Leiterplattenabschnitts senkrecht zur Rotationsachse und/oder einer Längserstreckungsrichtung der Motorwelle angeordnet ist. Unter einer „Haupterstreckungsebene“ eines Objekts soll insbesondere eine Ebene verstanden werden, welche parallel zu einer größten Seitenfläche eines kleinsten, insbesondere gedachten, Quaders ist, welcher das Objekt gerade noch vollständig umschließt. Hierdurch kann insbesondere ein vorgegebenes Einbauvolumen vorteilhaft ausgenutzt werden und eine besonders große Flächenerweiterung der Leiterplatte erreicht werden.It is also proposed that the printed circuit board has at least one first printed circuit board section, which is arranged perpendicularly to a motor shaft of the electric motor, in particular the motor shaft already mentioned, and has at least one second printed circuit board section connected, in particular connected in one piece, to the first printed circuit board section, which is angled to the first printed circuit board section and in particular encloses an angle of at least 80°, advantageously at least 90°, and/or at most 170°, advantageously at most 150°, with the first printed circuit board section, in particular in a direction perpendicular to the motor shaft of the electric motor considered. In particular, a surface and/or a main extension plane of the first printed circuit board section, in particular one that can be assembled, and a surface and/or a main extension plane of the second printed circuit board section, in particular one that can be assembled, enclose the angle of at least 80°, advantageously of at least 90°, and/or of at most 170°, advantageously at most 150°. In addition, the first printed circuit board section and the second printed circuit board section can be connected to one another in particular in such a way that a connection region of the first printed circuit board section and the second printed circuit board section has a sharp edge or a bend and/or rounding with a defined radius. The first printed circuit board section is designed in particular to be rigid and/or dimensionally stable and is provided in particular to accommodate at least one electronic component of the electronic unit. The second printed circuit board section is designed in particular to be rigid and/or dimensionally stable and is provided in particular to accommodate at least one further electronic component of the electronic unit. The fact that “the first printed circuit board section is arranged perpendicularly to the motor shaft of the electric motor” is to be understood in particular to mean that a surface, in particular one that can be assembled, and/or a main extension plane of the first printed circuit board section is arranged perpendicular to the axis of rotation and/or a longitudinal direction of extension of the motor shaft. A “main extension plane” of an object is to be understood in particular as a plane which is parallel to a largest side surface of a smallest, in particular imaginary, cuboid which just barely completely encloses the object. In this way, in particular, a predetermined installation volume can be advantageously utilized and a particularly large area expansion of the printed circuit board can be achieved.
Der erste Leiterplattenabschnitt und der zweite Leiterplattenabschnitt könnten insbesondere derart relativ zueinander angeordnet sein, dass sich der erste Leiterplattenabschnitt und der zweite Leiterplattenabschnitt bei einer Betrachtung in Richtung der Motorwelle zumindest teilweise überdecken. Vorteilhaft wird jedoch vorgeschlagen, dass der erste Leiterplattenabschnitt und der zweite Leiterplattenabschnitt derart relativ zueinander angeordnet sind, dass der erste Leiterplattenabschnitt und der zweite Leiterplattenabschnitt bei einer Betrachtung in Richtung der Motorwelle überdeckungsfrei sind. Insbesondere sind der erste Leiterplattenabschnitt und der zweite Leiterplattenabschnitt dabei derart relativ zueinander angeordnet, dass der erste Leiterplattenabschnitt und der zweite Leiterplattenabschnitt bei einer Betrachtung in Richtung der Motorwelle keinen Schnittbereich und/oder Überlappungsbereich aufweisen. Hierdurch kann insbesondere eine vorteilhaft einfache Montage der Leiterplatte erreicht werden. Zudem kann insbesondere ein thermisches Verhalten verbessert werden.The first printed circuit board section and the second printed circuit board section could in particular be arranged relative to one another in such a way that the first printed circuit board section and the second printed circuit board section at least partially overlap when viewed in the direction of the motor shaft. However, it is advantageously proposed that the first printed circuit board section and the second printed circuit board section are arranged relative to one another in such a way that the first printed circuit board section and the second printed circuit board section do not overlap when viewed in the direction of the motor shaft. In particular, the first printed circuit board section and the second printed circuit board section is arranged relative to one another in such a way that the first printed circuit board section and the second printed circuit board section have no intersection area and/or overlapping area when viewed in the direction of the motor shaft. In this way, in particular, an advantageously simple assembly of the printed circuit board can be achieved. In addition, thermal behavior in particular can be improved.
Ferner kann sich der zweite Leiterplattenabschnitt zumindest bei einer Betrachtung senkrecht zur Motorwelle ausgehend von dem ersten Leiterplattenabschnitt in eine dem Elektromotor zugewandte Richtung erstrecken. In diesem Fall kann die Leiterplatte und insbesondere der erste Leiterplattenabschnitt vorteilhaft an einem Gehäusedeckel des Elektronikgehäuses angeordnet, insbesondere befestigt, sein, wodurch die Leiterplatte vorteilhaft zusammen mit dem Gehäusedeckel und insbesondere in einem Arbeitsschritt montiert werden kann.Furthermore, the second printed circuit board section can extend from the first printed circuit board section in a direction facing the electric motor, at least when viewed perpendicularly to the motor shaft. In this case, the printed circuit board and in particular the first printed circuit board section can advantageously be arranged, in particular fastened, on a housing cover of the electronics housing, as a result of which the printed circuit board can advantageously be assembled together with the housing cover and in particular in one work step.
Alternativ kann sich der zweite Leiterplattenabschnitt zumindest bei einer Betrachtung senkrecht zur Motorwelle jedoch auch ausgehend von dem ersten Leiterplattenabschnitt in eine dem Elektromotor entgegengesetzte Richtung erstrecken. In diesem Fall kann die Leiterplatte und insbesondere der erste Leiterplattenabschnitt vorteilhaft an dem Lagerschild des Elektromotors angeordnet, insbesondere befestigt, sein. Hierdurch können insbesondere Änderungen am bestehenden Aufbau minimiert werden und vorteilhaft ein aus dem Stand der Technik bekannter Aufbau der Steuervorrichtung weitgehend beibehalten werden.Alternatively, the second printed circuit board section can also extend from the first printed circuit board section in a direction opposite to the electric motor, at least when viewed perpendicularly to the motor shaft. In this case, the printed circuit board and in particular the first printed circuit board section can advantageously be arranged, in particular fastened, on the bearing plate of the electric motor. In this way, in particular, changes to the existing structure can be minimized and advantageously a structure of the control device known from the prior art can be largely retained.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Elektronikeinheit und insbesondere die Ansteuerelektronik zumindest ein, bevorzugt als Schaltelement ausgebildetes, Leistungselektronikbauteil und vorteilhaft mehrere, insbesondere als Schaltelemente ausgebildete, Leistungselektronikbauteile umfasst. Das Leistungselektronikbauteil und/oder die Leistungselektronikbauteile können insbesondere auf dem ersten Leiterplattenabschnitt und vorzugsweise auf einer dem Elektromotor zugewandten Seite des ersten Leiterplattenabschnitts angeordnet sein. Bevorzugt wird jedoch vorgeschlagen, dass wenigstens ein Leistungselektronikbauteil auf dem zweiten Leiterplattenabschnitt angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Leistungselektronikbauteil dabei auf einer dem Elektromotor zugewandten Seite des zweiten Leiterplattenabschnitts angeordnet. Hierdurch kann insbesondere eine Wärmeverteilung der Steuervorrichtung weiter verbessert werden.Furthermore, it is proposed that the electronics unit and in particular the control electronics include at least one power electronics component, preferably designed as a switching element, and advantageously a plurality of power electronics components, in particular designed as switching elements. The power electronics component and/or the power electronics components can be arranged in particular on the first printed circuit board section and preferably on a side of the first printed circuit board section that faces the electric motor. However, it is preferably proposed that at least one power electronics component is arranged on the second printed circuit board section. The power electronics component is preferably arranged on a side of the second printed circuit board section that faces the electric motor. In this way, in particular, a heat distribution of the control device can be further improved.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Steuervorrichtung wenigstens einen Motorkontakt, beispielsweise in Form eines Lötkontakts und/oder Schweißkontakts, und vorteilhaft mehrere, vorzugsweise identisch ausgebildete, Motorkontakte zum elektrischen Anschluss des Elektromotors umfasst. Insbesondere ist die Elektronikeinheit und vorteilhaft die Ansteuerelektronik dabei über den Motorkontakt und/oder über die Motorkontakte elektrisch mit dem Elektromotor verbunden. Der Motorkontakt und/oder die Motorkontakte können insbesondere auf dem ersten Leiterplattenabschnitt angeordnet sein, wodurch insbesondere ein vorteilhaft kompakter Anschluss des Elektromotors realisiert werden kann. Bevorzugt wird jedoch vorgeschlagen, dass wenigstens ein Motorkontakt auf dem zweiten Leiterplattenabschnitt angeordnet ist, wodurch insbesondere eine besonders vorteilhafte Wärmeverteilung erreicht werden kann.It is also proposed that the control device comprises at least one motor contact, for example in the form of a soldering contact and/or welding contact, and advantageously a plurality of motor contacts, preferably of identical design, for the electrical connection of the electric motor. In particular, the electronics unit and advantageously the control electronics are electrically connected to the electric motor via the motor contact and/or via the motor contacts. The motor contact and/or the motor contacts can be arranged in particular on the first printed circuit board section, as a result of which an advantageously compact connection of the electric motor can be implemented in particular. However, it is preferably proposed that at least one motor contact is arranged on the second printed circuit board section, as a result of which a particularly advantageous heat distribution can be achieved in particular.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Leiterplatte ein mittels des 3D-Druckverfahrens gedrucktes Trägersubstrat und wenigstens eine mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte Leiterbahn umfasst, wobei sich die Leiterbahn zumindest teilweise über den ersten Leiterplattenabschnitt und den zweiten Leiterplattenabschnitt erstreckt. Insbesondere ist die Leiterbahn somit auf dem ersten Leiterplattenabschnitt und auf dem zweiten Leiterplattenabschnitt angeordnet. Insbesondere kann die Leiterplatte auch mehrere mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte Leiterbahnen umfassen, welche sich zumindest teilweise über den ersten Leiterplattenabschnitt und den zweiten Leiterplattenabschnitt erstrecken. Hierdurch kann insbesondere eine vorteilhaft flexible Kontaktierung erreicht werden.According to a further embodiment, it is proposed that the printed circuit board comprises a carrier substrate printed using the 3D printing method and at least one conductor track printed using the 3D printing method, the conductor track extending at least partially over the first printed circuit board section and the second printed circuit board section. In particular, the conductor track is thus arranged on the first printed circuit board section and on the second printed circuit board section. In particular, the printed circuit board can also include a plurality of conductor tracks printed by means of the 3D printing process, which extend at least partially over the first printed circuit board section and the second printed circuit board section. In this way, in particular, advantageously flexible contacting can be achieved.
Eine besonders effiziente Ausnutzung eines vorgegebenen Einbauvolumens sowie eine vorteilhafte Wärmeverteilung kann insbesondere erreicht werden, wenn die Leiterplatte in einer Richtung senkrecht zu einer Motorwelle des Elektromotors, insbesondere zur bereits zuvor genannten Motorwelle, betrachtet einen zumindest im Wesentlichen U-förmigen, einen zumindest im Wesentlichen C-förmigen oder einen rechteckigen Querschnitt aufweist und sich die Elektronikeinheit über zumindest drei Seiten der Leiterplatte verteilt. Insbesondere umfasst die Leiterplatte in diesem Fall wenigstens drei, vorteilhaft winklig zueinander angeordnete, Seiten und/oder wenigstens drei, insbesondere bestückbare, Oberflächen, wobei auf jeder der Seiten und/oder Oberflächen wenigstens ein Elektronikbauteil der Elektronikeinheit angeordnet ist. Unter einem „zumindest im Wesentlichen U-förmigen“ Objekt soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Objekt verstanden werden, welches von einem U-förmigen Referenzobjekt mit einem Flächenanteil von höchstens 30 %, vorzugsweise von höchstens 20 % und besonders bevorzugt von höchstens 10 %, abweicht. Entsprechendes soll insbesondere für die Wendung zumindest im Wesentlichen C-förmig gelten. In diesem Fall kann die Leiterplatte beispielsweise als Quader, als hohler Quader, als Zylinder oder als hohler Zylinder ausgebildet sein. Unter einem Zylinder soll dabei insbesondere ein allgemeiner oder mathematischer Zylinder verstanden werden, sodass der Zylinder grundsätzlich eine beliebig geformte Grund- und/oder Deckfläche aufweisen kann, wie beispielsweise einen Kreis, eine Ellipse oder ein beliebiges Vieleck.A particularly efficient use of a given installation volume and an advantageous heat distribution can be achieved in particular if the circuit board viewed in a direction perpendicular to a motor shaft of the electric motor, in particular to the motor shaft already mentioned, has an at least essentially U-shaped, an at least essentially C -shaped or has a rectangular cross-section and the electronics unit is distributed over at least three sides of the printed circuit board. In particular, the printed circuit board in this case comprises at least three sides and/or at least three surfaces, which can in particular be equipped, which are advantageously arranged at an angle to one another, with at least one electronic component of the electronics unit being arranged on each of the sides and/or surfaces. In this context, an “at least essentially U-shaped” object should be understood to mean, in particular, an object that deviates from a U-shaped reference object with a surface area of at most 30%, preferably at most 20% and particularly preferably at most 10% . The same should apply in particular to the turn, at least essentially in a C-shape. In this case, the circuit board, for example, as Cuboid, be designed as a hollow cuboid, as a cylinder or as a hollow cylinder. A cylinder is to be understood in particular as a general or mathematical cylinder, so that the cylinder can basically have any base and/or top surface, such as a circle, an ellipse or any polygon.
Bevorzugt wird ferner vorgeschlagen, dass die Leiterplatte ein mittels des 3D-Druckverfahrens gedrucktes Trägersubstrat umfasst, welches aus zumindest zwei verschiedenen Materialien besteht. In diesem Fall können beispielsweise der erste Leiterplattenabschnitt und der zweite Leiterplattenabschnitt aus verschiedenen Materialien bestehen. Ferner könnte ein Leiterplattenabschnitt der Leiterplatte, auf welchem die Leistungselektronik angeordnet ist, und ein weiterer Leiterplattenabschnitt der Leiterplatte, auf welchem die Steuerlogik und/oder die Erfassungselektronik angeordnet ist, aus verschiedenen Materialien bestehen. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise ein, insbesondere teureres, hitzebeständiges Material für den Leiterplattenabschnitt und ein, insbesondere billigeres, weniger hitzebeständiges Material für den weiteren Leiterplattenabschnitt verwendet werden. Darüber hinaus könnte alternativ oder zusätzlich ein innenliegender Leiterplattenabschnitt der Leiterplatte ein anderes Material als ein außenliegender Leiterplattenabschnitt der Leiterplatte aufweisen, wodurch beispielsweise eine thermische Leitfähigkeit, eine elektrische Leitfähigkeit und/oder eine Robustheit der Leiterplatte verbessert werden kann. Zudem können Kosten vorteilhaft reduziert werden.It is also preferably proposed that the printed circuit board includes a carrier substrate that is printed using the 3D printing process and consists of at least two different materials. In this case, for example, the first printed circuit board section and the second printed circuit board section can consist of different materials. Furthermore, a printed circuit board section of the printed circuit board, on which the power electronics are arranged, and a further printed circuit board section of the printed circuit board, on which the control logic and/or the detection electronics are arranged, could consist of different materials. In this context, for example, an especially more expensive, heat-resistant material can be used for the printed circuit board section and an especially cheaper, less heat-resistant material can be used for the further printed circuit board section. Alternatively or additionally, an internal printed circuit board section of the printed circuit board could have a different material than an external printed circuit board section of the printed circuit board, as a result of which thermal conductivity, electrical conductivity and/or robustness of the printed circuit board can be improved, for example. In addition, costs can be advantageously reduced.
Alternativ oder zusätzlich wird vorgeschlagen, dass die Leiterplatte wenigstens zwei mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte Leiterbahnen umfasst, welche aus verschiedenen Materialien bestehen. In diesem Fall können beispielsweise eine Leiterbahn zur elektrischen Anbindung der Leistungselektronik und eine weitere Leiterbahn zur elektrischen Anbindung der Steuerlogik und/oder der Erfassungselektronik aus verschiedenen Materialien bestehen. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise ein erstes Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit für die Leiterbahn und ein zweites Material mit einer niedrigeren elektrischen Leitfähigkeit für die weitere Leiterbahn verwendet werden. Darüber hinaus könnte alternativ oder zusätzlich eine innenliegende Leiterbahn, insbesondere eine in das Trägersubstrat integrierte und/oder eingebettete Leiterbahn, ein anderes Material als eine außenliegende Leiterbahn, insbesondere eine auf einer äußeren Oberfläche des Trägersubstrats angeordnete Leiterbahn, aufweisen. Hierdurch können die Leiterbahnen insbesondere besonders flexibel an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden. Zudem können Kosten vorteilhaft reduziert werden.Alternatively or additionally, it is proposed that the printed circuit board comprises at least two conductor tracks, which are made of different materials and are printed using the 3D printing process. In this case, for example, a conductor track for the electrical connection of the power electronics and a further conductor track for the electrical connection of the control logic and/or the detection electronics can consist of different materials. In this context, for example, a first material with a high electrical conductivity can be used for the conductor track and a second material with a lower electrical conductivity can be used for the further conductor track. Alternatively or additionally, an internal conductor track, in particular a conductor track integrated and/or embedded in the carrier substrate, could have a different material than an external conductor track, in particular a conductor track arranged on an outer surface of the carrier substrate. As a result, the conductor tracks can be adapted to different requirements in a particularly flexible manner. In addition, costs can be advantageously reduced.
Alternativ oder zusätzlich wird vorgeschlagen, dass die Leiterplatte wenigstens eine mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte Leiterbahn mit wenigstens zwei Leiterbahnabschnitten umfasst, welche aus verschiedenen Materialien bestehen. Beispielsweise kann die Leiterbahn, welche sich zumindest teilweise über den ersten Leiterplattenabschnitt und den zweiten Leiterplattenabschnitt erstreckt, aus wenigstens zwei verschiedenen Materialien bestehen. In diesem Fall kann ein auf dem ersten Leiterplattenabschnitt angeordneter erster Leiterbahnabschnitt und ein auf dem zweiten Leiterplattenabschnitt angeordneter zweiter Leiterbahnabschnitt aus verschiedenen Materialien bestehen. Alternativ kann in diesem Fall in einem Verbindungsbereich des ersten Leiterplattenabschnitts und des zweiten Leiterplattenabschnitts ein anderes Material für die Leiterbahn verwendet werden. Ferner könnte die Leiterbahn in einem Bereich der Leistungselektronik und in einem Bereich der Steuerlogik und/oder der Erfassungselektronik aus verschiedenen Materialien bestehen. Darüber hinaus können in diesem Fall insbesondere auch verschiedenen Bauteile direkt in die Leiterbahn integriert werden, wie beispielsweise ein, vorteilhaft mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckter, elektrischer Widerstand, ein, vorteilhaft mittels des 3D-Druckverfahrens gedrucktes, Sensorelement und/oder eine, vorteilhaft mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte, Leiterplattensicherung. Hierdurch können insbesondere einzelne Leiterbahnen besonders flexibel an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden. Zudem können Kosten vorteilhaft reduziert werden.Alternatively or additionally, it is proposed that the printed circuit board comprises at least one conductor track printed by means of the 3D printing process, with at least two conductor track sections, which consist of different materials. For example, the conductor track, which extends at least partially over the first printed circuit board section and the second printed circuit board section, can consist of at least two different materials. In this case, a first conductor track section arranged on the first circuit board section and a second conductor track section arranged on the second circuit board section can consist of different materials. Alternatively, in this case, a different material can be used for the conductor track in a connection area of the first printed circuit board section and the second printed circuit board section. Furthermore, the conductor track could consist of different materials in an area of the power electronics and in an area of the control logic and/or the detection electronics. In addition, in this case, in particular, various components can also be integrated directly into the conductor track, such as an electrical resistor advantageously printed using the 3D printing method, a sensor element advantageously printed using the 3D printing method and/or a sensor element advantageously using circuit board fuse printed by the 3D printing process. As a result, individual conductor tracks in particular can be adapted particularly flexibly to different requirements. In addition, costs can be advantageously reduced.
In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Elektronikeinheit wenigstens ein Elektronikbauteil umfasst, welches in die Leiterplatte integriert und/oder eingebettet ist. Bevorzugt ist das Elektronikbauteil dabei zu wenigstens einem Großteil oder vollständig von dem Trägersubstrat der Leiterplatte umgeben und wird vorteilhaft bei dem 3D-Druckverfahren in die Leiterplatte integriert und/oder eingebettet. Das Elektronikbauteil kann beispielsweise ein elektrischer Widerstand, ein Kondensator, eine Induktivität und/oder ein Sensorelement, beispielsweise der Erfassungselektronik, sein und insbesondere auch mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckt werden. Hierdurch kann insbesondere eine besonders flexible und/oder kompakte Leiterplatte bereitgestellt werden.In a further embodiment it is proposed that the electronic unit comprises at least one electronic component which is integrated and/or embedded in the printed circuit board. The electronic component is preferably at least largely or completely surrounded by the carrier substrate of the printed circuit board and is advantageously integrated and/or embedded in the printed circuit board in the 3D printing process. The electronic component can be, for example, an electrical resistor, a capacitor, an inductance and/or a sensor element, for example the detection electronics, and can in particular also be printed using the 3D printing process. In this way, in particular, a particularly flexible and/or compact printed circuit board can be provided.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Steuervorrichtung wenigstens ein Kühlelement, beispielsweise in Form eines Kühlblocks, umfasst, welches in die Leiterplatte integriert und/oder eingebettet ist. Bevorzugt ist das Kühlelement dabei zu wenigstens einem Großteil oder vollständig von dem Trägersubstrat der Leiterplatte umgeben und wird vorteilhaft bei dem 3D-Druckverfahren in die Leiterplatte integriert und/oder eingebettet. Insbesondere kann das Kühlelement auch mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckt werden. Das Kühlelement besteht insbesondere aus einem thermisch leitfähigen Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von zumindest 15 W/mK, vorzugsweise von zumindest 100 W/mK und besonders bevorzugt von zumindest 200 W/mK, und ist insbesondere zur Kühlung der Elektronikeinheit und insbesondere der Leistungselektronik vorgesehen. Ferner ist das Kühlelement besonders bevorzugt einstückig ausgebildet und vorteilhaft einstückig mit der Leiterplatte verbunden. Durch das Kühlelement kann insbesondere eine Entwärmung der Elektronikeinheit und insbesondere der Leistungselektronik weiter verbessert werden.It is also proposed that the control device comprises at least one cooling element, for example in the form of a cooling block, which is integrated and/or embedded in the printed circuit board. The cooling element is preferably at least largely or completely from the carrier surrounded by the substrate of the printed circuit board and is advantageously integrated and/or embedded in the printed circuit board in the 3D printing process. In particular, the cooling element can also be printed using the 3D printing process. The cooling element consists in particular of a thermally conductive material with a thermal conductivity of at least 15 W/mK, preferably at least 100 W/mK and particularly preferably at least 200 W/mK, and is provided in particular for cooling the electronics unit and in particular the power electronics. Furthermore, the cooling element is particularly preferably designed in one piece and is advantageously connected in one piece to the printed circuit board. Cooling of the electronics unit and in particular of the power electronics can in particular be further improved by the cooling element.
Eine besonders effiziente Entwärmung und/oder vorteilhafte Steuerung der Entwärmung kann insbesondere erreicht werden, wenn das Kühlelement einen bezüglich der Leiterplatte innenliegenden und insbesondere der Elektronikeinheit, vorteilhaft der Leistungselektronik, zugeordneten, Grundkörper und mehrere Abführelemente umfasst, welche den Grundkörper thermisch mit einer Außenseite der Leiterplatte verbinden und dazu vorgesehen sind, eine von der Elektronikeinheit im Betrieb erzeugte und insbesondere von dem Grundkörper aufgenommene Wärmenergie nach außen, insbesondere einen Umgebungsbereich der Leiterplatte, abzuführen. Vorzugsweise sind die Abführelemente dabei derart über die Leiterplatte verteilt angeordnet, dass die von der Elektronikeinheit im Betrieb erzeugte Wärmenergie über zumindest zwei, vorteilhaft zumindest drei und besonders bevorzugt zumindest vier Seiten und/oder Oberflächen der Leiterplatte abgeführt wird.A particularly efficient heat dissipation and/or advantageous control of the heat dissipation can be achieved in particular if the cooling element comprises a base body which is on the inside with respect to the printed circuit board and is in particular assigned to the electronics unit, advantageously the power electronics, and a plurality of dissipation elements which thermally connect the base body to an outside of the printed circuit board connect and are provided for the purpose of dissipating thermal energy generated by the electronic unit during operation and, in particular, absorbed by the base body, to the outside, in particular to an area surrounding the printed circuit board. The dissipation elements are preferably distributed over the circuit board in such a way that the thermal energy generated by the electronic unit during operation is dissipated via at least two, advantageously at least three and particularly preferably at least four sides and/or surfaces of the circuit board.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Steuervorrichtung ein Elektronikgehäuse, insbesondere das bereits zuvor genannte Elektronikgehäuse, umfasst, welches ein an ein Lagerschild des Elektromotors, insbesondere das bereits zuvor genannte Lagerschild, angrenzendes Grundgehäuse und einen Gehäusedeckel, insbesondere den bereits zuvor genannten Gehäusedeckel, umfasst. insbesondere definiert das Grundgehäuse dabei wenigstens einen Aufnahmebereich für die Elektronikeinheit und die Leiterplatte, während der Gehäusedeckel zumindest im montierten Zustand zur Abdeckung des Aufnahmebereichs vorgesehen ist. Vorteilhaft ist das Grundgehäuse ferner unmittelbar mit dem Elektromotor gekoppelt und besonders vorteilhaft stoff-, form- und/oder kraftschlüssig, insbesondere mittels einer Niet- und/oder Klebeverbindung, mit dem Elektromotor, insbesondere dem Motorgehäuse und/oder dem Lagerschild, verbunden. Hierdurch kann insbesondere eine vorteilhaft kompakt aufgebaute Steuervorrichtung und/oder Aktuatorbaugruppe bereitgestellt werden.In addition, it is proposed that the control device comprises an electronics housing, in particular the electronics housing already mentioned above, which comprises a base housing adjoining an end plate of the electric motor, in particular the end plate already mentioned, and a housing cover, in particular the housing cover already mentioned. In particular, the basic housing defines at least one receiving area for the electronics unit and the printed circuit board, while the housing cover is provided to cover the receiving area, at least in the assembled state. The basic housing is also advantageously coupled directly to the electric motor and is particularly advantageously connected to the electric motor, in particular the motor housing and/or the end shield, in a materially, form-fitting and/or non-positive manner, in particular by means of a rivet and/or adhesive connection. In this way, in particular, an advantageously compact control device and/or actuator assembly can be provided.
Vorteilhaft ist die Leiterplatte, insbesondere mittels des 3D-Druckverfahrens, derart an den Aufnahmebereich des Grundgehäuses angepasst, dass die Leiterplatte in direktem thermischem Kontakt mit dem Elektronikgehäuse steht und eine von der Elektronikeinheit, insbesondere der Leistungselektronik, im Betrieb erzeugte Wärmenergie unmittelbar und insbesondere zu wenigstens einem Großteil oder vollständig über das Lagerschild des Elektromotors, eine, insbesondere parallel zu der Motorwelle angeordnete, Seitenwand des Grundgehäuses und/oder den Gehäusedeckel abgeführt wird. Hierdurch kann insbesondere eine Entwärmung weiter verbessert werden.The printed circuit board is advantageously adapted to the receiving area of the basic housing, in particular by means of the 3D printing process, in such a way that the printed circuit board is in direct thermal contact with the electronics housing and thermal energy generated by the electronics unit, in particular the power electronics, during operation is directly and in particular at least is discharged to a large extent or completely via the end shield of the electric motor, a side wall of the basic housing, which is in particular arranged parallel to the motor shaft, and/or the housing cover. In this way, in particular, heat dissipation can be further improved.
Zudem betrifft die Erfindung eine Aktuatorbaugruppe mit zumindest einem Elektromotor, welcher wenigstens eine Motorwelle aufweist, und mit der zuvor genannten Steuervorrichtung. Vorteilhaft sind die Steuervorrichtung und der Elektromotor dabei Teil eines Lenkaktuators. Besonders bevorzugt sind die Steuervorrichtung und der Elektromotor somit Teil eines Lenksystems, welches insbesondere zu einem Einsatz in einem Fahrzeug und vorzugsweise einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist.In addition, the invention relates to an actuator assembly with at least one electric motor, which has at least one motor shaft, and with the aforementioned control device. The control device and the electric motor are advantageously part of a steering actuator. The control device and the electric motor are therefore particularly preferably part of a steering system which is intended in particular for use in a vehicle and preferably a motor vehicle.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer Steuervorrichtung, insbesondere einer Lenkungssteuervorrichtung, vorgeschlagen, bei welchem wenigstens einer Leiterplatte mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt wird und eine Elektronikeinheit zur Ansteuerung wenigstens eines Elektromotors und/oder zur Erfassung wenigstens einer Betriebsgröße des Elektromotors zumindest teilweise, vorzugsweise zu wenigstens einem Großteil und besonders bevorzugt vollständig, auf der Leiterplatte angeordnet wird. Vorteilhaft werden dabei zur Herstellung der Leiterplatte zumindest ein Trägersubstrat und wenigstens eine Leiterbahn mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckt. Ferner wird bevorzugt bei dem 3D-Druckverfahren wenigstens ein Elektronikbauteil der Elektronikeinheit und/oder wenigstens ein Kühlelement in die Leiterplatte integriert und/oder eingebettet. Insbesondere kann das Elektronikbauteil und/oder das Kühlelement auch mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckt werden. Darüber hinaus kann wenigstens ein Motorkontakt zum elektrischen Anschluss des Elektromotors mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckt werden und zwar insbesondere auf das Trägersubstrat und vorzugsweise auf eine bestückbare Oberfläche der Leiterplatte. Hierdurch können insbesondere die bereits zuvor genannten Vorteile erreicht werden, wobei insbesondere eine Steuervorrichtung mit einem vorteilhaften Aufbau bereitgestellt werden kann.In addition, a method for producing a control device, in particular a steering control device, is proposed, in which at least one printed circuit board is produced using a 3D printing process and an electronics unit for controlling at least one electric motor and/or for detecting at least one operating variable of the electric motor at least partially, preferably to at least a large extent and particularly preferably completely, is arranged on the printed circuit board. At least one carrier substrate and at least one conductor track are advantageously printed using the 3D printing process to produce the printed circuit board. Furthermore, in the 3D printing method, at least one electronic component of the electronic unit and/or at least one cooling element is preferably integrated and/or embedded in the printed circuit board. In particular, the electronic component and/or the cooling element can also be printed using the 3D printing process. In addition, at least one motor contact for the electrical connection of the electric motor can be printed using the 3D printing process, in particular on the carrier substrate and preferably on a surface of the printed circuit board that can be populated. In this way, in particular, the advantages already mentioned can be achieved, it being possible in particular to provide a control device with an advantageous structure.
Die Steuervorrichtung, die Aktuatorbaugruppe, das Lenksystem und das Verfahren sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können die Steuervorrichtung, die Aktuatorbaugruppe, das Lenksystem und das Verfahren zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.The control device, the actuator assembly, the steering system and the method are not intended to be limited to the application and embodiment described above. In particular, the control device, the actuator assembly, the steering system and the method for fulfilling a functionality described herein can have a number of individual elements, components and units that differs from the number specified herein.
Figurenlistecharacter list
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.Further advantages result from the following description of the drawings. Several exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings.
Es zeigen:
-
1 ein Teil eines beispielhaften Lenksystems mit einer als Lenkaktuator ausgebildeten Aktuatorbaugruppe umfassend einen Elektromotor und eine Steuervorrichtung in einer perspektivischen Darstellung, -
2 die Steuervorrichtung und ein Teil des Elektromotors in einer schematischen Schnittansicht, -
3 eine Leiterplatte der Steuervorrichtung in einer Draufsicht, -
4 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm mit Hauptverfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung der Steuervorrichtung, -
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer weiteren Steuervorrichtung in einer schematischen Schnittansicht, -
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer weiteren Steuervorrichtung in einer schematischen Schnittansicht, -
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer weiteren Steuervorrichtung in einer schematischen Schnittansicht und -
8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer weiteren Steuervorrichtung in einer schematischen Schnittansicht.
-
1 a part of an exemplary steering system with an actuator assembly designed as a steering actuator comprising an electric motor and a control device in a perspective view, -
2 the control device and part of the electric motor in a schematic sectional view, -
3 a printed circuit board of the control device in a plan view, -
4 an exemplary flowchart with main method steps of a method for manufacturing the control device, -
5 a further exemplary embodiment of a further control device in a schematic sectional view, -
6 a further exemplary embodiment of a further control device in a schematic sectional view, -
7 a further exemplary embodiment of a further control device in a schematic sectional view and -
8th a further exemplary embodiment of a further control device in a schematic sectional view.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments
Das folgende Ausführungsbeispiel bezieht sich rein beispielhaft auf ein Lenksystem. Grundsätzlich ist die Erfindung jedoch nicht auf den Einsatz in einem Lenksystem beschränkt und könnte beispielsweise auch in anderen Bereichen eines Fahrzeugs, wie beispielsweise einer Wischanlage, einem Fensterhebersystem und/oder einem Antriebssystem, und/oder in anderen Elektroniksystemen, beispielsweise im Bereich der Haushaltsgeräte und/oder Werkzeugmaschinen, eingesetzt werden.The following exemplary embodiment relates to a steering system purely by way of example. In principle, however, the invention is not limited to use in a steering system and could, for example, also be used in other areas of a vehicle, such as a wiper system, a window regulator system and/or a drive system, and/or in other electronic systems, for example in the area of household appliances and/or or machine tools.
Das Lenksystem 70a umfasst ein beispielhaft als Zahnstangenlenkgetriebe ausgebildetes Lenkgetriebe 72a, welches dazu vorgesehen ist, eine Lenkvorgabe in eine Lenkbewegung der Fahrzeugräder umzusetzen. Dazu umfasst das Lenkgetriebe 72a wenigstens ein, im vorliegenden Fall insbesondere als Zahnstange ausgebildetes, Lenkungsstellelement 74a.The
Ferner umfasst das Lenksystem 70a zumindest eine Aktuatorbaugruppe 68a. Die Aktuatorbaugruppe 68a ist als Lenkaktuator ausgebildet und weist eine Wirkverbindung mit dem Lenkungsstellelement 74a auf. Die Aktuatorbaugruppe 68a ist zur Bereitstellung eines Lenkmoments vorgesehen. Im vorliegenden Fall ist die Aktuatorbaugruppe 68a dazu vorgesehen, ein Lenkmoment in Form eines Unterstützungsmoments und/oder Servomoments bereitzustellen und, insbesondere zur Lenkunterstützung, in das Lenkgetriebe 72a einzubringen. Alternativ könnte eine Aktuatorbaugruppe jedoch auch Teil einer elektrischen Überlagerungslenkung und/oder Aktivlenkung sein und insbesondere zur Bereitstellung eines Zusatzlenkwinkels und/oder eines variablen Übersetzungsverhältnisses vorgesehen sein. Ferner könnte eine Aktuatorbaugruppe Teil eines Steer-by-Wire-Lenksystems sein. In diesem Fall könnte die Aktuatorbaugruppe insbesondere zum Einsatz in einem Radlenkwinkelsteller und insbesondere zur Bereitstellung eines Lenkmoments zur direkten Steuerung einer Fahrtrichtung eines Fahrzeugs vorgesehen sein. Zudem könnte die Aktuatorbaugruppe in diesem Fall auch zu einem Einsatz in einer Bedieneinheit des Steer-by-Wire-Lenksystems und zur Bereitstellung eines Feedbackmoments und/oder Rückstellmoments auf eine Lenkhandhabe vorgesehen sein. Ferner könnte eine Aktuatorbaugruppe, wie eingangs erwähnt, auch unabhängig von einem Lenksystem verwendet werden.Furthermore, the
Die Aktuatorbaugruppe 68a umfasst einen an sich bekannten Elektromotor 14a. Der Elektromotor 14a ist als, insbesondere permanenterregter, Synchronmotor ausgebildet. Der Elektromotor 14a ist ferner als mehrphasiger Elektromotor ausgebildet. Der Elektromotor 14a ist zur Erzeugung des Lenkmoments vorgesehen. Der Elektromotor 14a umfasst ein, insbesondere als Außengehäuse ausgebildetes, Motorgehäuse 76a, einen in dem Motorgehäuse 76a angeordneten Stator (nicht dargestellt), einen in dem Motorgehäuse 76a angeordneten Rotor (nicht dargestellt), eine in dem Motorgehäuse 76a angeordnete Motorwelle 20a sowie wenigstens einen Lagerschild 58a, im vorliegenden Fall insbesondere in Form eines B-Lagerschilds (vgl.
Ferner weist die Aktuatorbaugruppe 68a eine Steuervorrichtung 10a auf (vgl. insbesondere auch
Darüber hinaus umfasst die Steuervorrichtung 10a eine Elektronikeinheit 12a. Die Elektronikeinheit 12a ist in dem Elektronikgehäuse 56a, insbesondere dem Aufnahmebereich 64a, angeordnet.In addition, the
Die Elektronikeinheit 12a umfasst eine Ansteuerelektronik 82a zur Ansteuerung des Elektromotors 14a. Die Ansteuerelektronik 82a umfasst eine Steuerlogik mit wenigstens einer Recheneinheit 84a und eine Leistungselektronik mit wenigstens einem Leistungselektronikbauteil 24a, 26a. Das wenigstens eine Leistungselektronikbauteil 24a, 26a ist als diskretes Schaltelement, vorteilhaft als MOSFET, oder als B6-Leistungsmodul ausgebildet. Darüber hinaus kann die Ansteuerelektronik 82a wenigstens eine Zwischenkreiskapazität und/oder wenigstens ein Strommesswiderstand umfassen. Im vorliegenden Fall ist die Ansteuerelektronik 82a dazu vorgesehen, einen Phasenstrom für den Elektromotor 14a, insbesondere sämtliche Phasen des Elektromotors 14a, bereitzustellen. Grundsätzlich könnte eine Elektronikeinheit jedoch auch frei von einer Ansteuerelektronik sein. Ferner könnte eine Elektronikeinheit eine Ansteuerelektronik in Form einer Steuerlogik oder eine Ansteuerelektronik in Form einer Leistungselektronik aufweisen.The
Zudem umfasst die Elektronikeinheit 12a im vorliegenden Fall eine Erfassungselektronik 86a zur Erfassung wenigstens einer Betriebsgröße des Elektromotors 14a. Im vorliegenden Fall umfasst die Erfassungselektronik 86a wenigstens einen Lagesensor 88a zur Erfassung einer Rotorlage des Elektromotors 14a und insbesondere der Motorwelle 20a. Alternativ oder zusätzlich könnte eine Erfassungselektronik auch wenigstens einen Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur des Elektromotors 14a umfassen. Zudem ist denkbar, auf eine Erfassungselektronik vollständig zu verzichten.In addition, the
Zur Aufnahme der Elektronikeinheit 12a umfasst die Steuervorrichtung 10a ferner wenigstens eine Leiterplatte 16a. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Steuervorrichtung 10a genau eine Leiterplatte 16a. Folglich ist die gesamte Ansteuerelektronik 82a und die gesamte Erfassungselektronik 86a auf der Leiterplatte 16a angeordnet. Die Leiterplatte 16a ist einstückig ausgebildet. Die Leiterplatte 16a ist ferner starr und/oder formstabil ausgebildet. Alternativ könnte eine Steuervorrichtung auch mehrere, insbesondere zumindest zwei oder zumindest drei, Leiterplatten umfassen, wobei insbesondere eine Ansteuerelektronik und/oder eine Erfassungselektronik auf die Leiterplatten verteilt und/oder die Erfassungselektronik auf einer separaten Leiterplatte angeordnet sein könnte. Ferner könnte eine Leiterplatte grundsätzlich auch als flexible oder starr-flexible Leiterplatte ausgebildet sein.To accommodate the
Im vorliegenden Fall ist die Leiterplatte 16a mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt. Die Leiterplatte 16a umfasst ein mittels des 3D-Druckverfahrens gedrucktes und insbesondere formstabiles Trägersubstrat 28a und mehrere mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte und auf dem Trägersubstrat 28a angeordnete Leiterbahnen 30a, 32a, 34a (vgl. insbesondere auch
Die Leiterplatte 16a weist ferner einen ersten Leiterplattenabschnitt 18a auf. Der erste Leiterplattenabschnitt 18a ist als Grundplatte ausgebildet. Der erste Leiterplattenabschnitt 18a ist senkrecht zur Motorwelle 20a und/oder zur Rotationsachse 78a des Elektromotors 14a angeordnet. Der erste Leiterplattenabschnitt 18a ist dabei derart angeordnet, dass die Rotationsachse 78a einen geometrischen Mittelpunkt 90a des ersten Leiterplattenabschnitts 18a schneidet. Der erste Leiterplattenabschnitt 18a ist folglich parallel zum Lagerschild 58a des Elektromotors 14a angeordnet und grenzt insbesondere unmittelbar an das Lagerschild 58a an. Eine Form des ersten Leiterplattenabschnitts 18a ist ferner an eine Form des Elektronikgehäuses 56a angepasst. Des Weiteren ist der erste Leiterplattenabschnitt 18a zur Aufnahme wenigstens eines Elektronikbauteils der Elektronikeinheit 12a vorgesehen. Im vorliegenden Fall ist der erste Leiterplattenabschnitt 18a zumindest zur Aufnahme der Recheneinheit 84a der Ansteuerelektronik 82a und zur Aufnahme des Lagesensors 88a der Erfassungselektronik 86a vorgesehen. Alternativ ist denkbar, eine Recheneinheit und/oder einen Lagesensor nicht auf einem ersten Leiterplattenabschnitt anzuordnen und stattdessen beispielsweise eine Leistungselektronik oder wenigstens eine Leistungselektronikbauteil auf dem ersten Leiterplattenabschnitt anzuordnen. Ferner ist denkbar, einen ersten Leiterplattenabschnitt derart anzuordnen, dass ein geometrischer Mittelpunkt des ersten Leiterplattenabschnitts versetzt zu einer Rotationsachse eines Elektromotors angeordnet ist.The printed
Darüber hinaus umfasst die Leiterplatte 16a wenigstens einen mit dem ersten Leiterplattenabschnitt 18a verbundenen zweiten Leiterplattenabschnitt 22a, 23a. Im vorliegenden Fall weist die Leiterplatte 16a zwei zweite Leiterplattenabschnitte 22a, 23a auf. Grundsätzlich könnte eine Leiterplatte jedoch auch genau einen zweiten Leiterplattenabschnitt aufweisen. Die zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a sind starr mit dem ersten Leiterplattenabschnitt 18a verbunden. Die zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a weisen dieselbe Materialstärke wie der erste Leiterplattenabschnitt 18a auf. Die zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a sind als Seitenplatten ausgebildet. Die zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a sind ferner an verschiedenen, insbesondere gegenüberliegenden, Seiten des ersten Leiterplattenabschnitts 18a angeordnet. Die zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a sind dabei winklig relativ zu dem ersten Leiterplattenabschnitt 18a angeordnet. Ein, insbesondere stumpfer, Winkel α1 zwischen dem ersten Leiterplattenabschnitt 18a und dem zweiten Leiterplattenabschnitt 22a und ein, insbesondere stumpfer, Winkel α2 zwischen dem ersten Leiterplattenabschnitt 18a und dem weiteren zweiten Leiterplattenabschnitt 23a sind im vorliegenden Fall identisch und liegen insbesondere zwischen 120° und 150°. Ferner erstrecken sich die zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a zumindest bei einer Betrachtung senkrecht zur Motorwelle 20a und/oder zur Rotationsachse 78a jeweils ausgehend von dem ersten Leiterplattenabschnitt 18a in eine dem Elektromotor 14a entgegengesetzte Richtung, insbesondere in Richtung des Gehäusedeckels 62a. Die Leiterplatte 16a weist demnach in einer Richtung senkrecht zur Motorwelle 20a und/oder zur Rotationsachse 78a des Elektromotors 14a betrachtet einen zumindest im Wesentlichen U-förmigen oder einen zumindest im Wesentlichen C-förmigen Querschnitt auf.In addition, the printed
Alternativ könnte sich wenigstens ein zweiter Leiterplattenabschnitt jedoch auch ausgehend von einem ersten Leiterplattenabschnitt in eine einem Elektromotor zugewandte Richtung erstrecken. Zudem könnte wenigstens ein zweiter Leiterplattenabschnitt auch beweglich mit einem ersten Leiterplattenabschnitt verbunden sein, insbesondere derart, dass der erste Leiterplattenabschnitt und der zweite Leiterplattenabschnitt relativ zueinander bewegbar und insbesondere schwenkbar sind. Zur beweglichen Verbindung des zweiten Leiterplattenabschnitts und des ersten Leiterplattenabschnitts könnte dabei beispielsweise eine Materialaussparung und/oder eine Querschnittsverjüngung in der Leiterplatte dienen. Darüber hinaus ist denkbar, zweite Leiterplattenabschnitte verschieden voneinander auszubilden, beispielsweise bei einem unsymmetrisch ausgebildeten Elektronikgehäuse, um ein vorhandenes Einbauvolumen bestmöglich auszunutzen. Darüber hinaus könnte eine Leiterplatte auch zumindest drei oder zumindest vier, vorteilhaft identisch ausgebildete und besonders bevorzugt an verschiedenen Seiten eines ersten Leiterplattenabschnitts angeordnete, zweite Leiterplattenabschnitte umfassen.Alternatively, however, at least one second printed circuit board section could also extend, starting from a first printed circuit board section, in a direction facing an electric motor. In addition, at least one second printed circuit board section could also be movably connected to a first printed circuit board section, in particular in such a way that the first printed circuit board section and the second printed circuit board section can be moved and in particular pivoted relative to one another. A material recess and/or a narrowing of the cross section in the printed circuit board, for example, could be used for the movable connection of the second printed circuit board section and the first printed circuit board section. In addition, it is conceivable to design second printed circuit board sections differently from one another, for example in the case of an asymmetrically designed electronics housing, in order to make the best possible use of an existing installation volume. In addition, a printed circuit board could also have at least three or at least four, advantageously identically designed and especially before second circuit board sections preferably arranged on different sides of a first circuit board section.
Im vorliegenden Fall sind die zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a ferner zumindest im Wesentlichen spiegelsymmetrisch bezüglich einer senkrecht zum ersten Leiterplattenabschnitt 18a ausgerichteten und den geometrischen Mittelpunkt 90a des ersten Leiterplattenabschnitts 18a schneidenden Mittenebene 92a ausgebildet. Die zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a sind dabei derart angeordnet, dass eine Kante und/oder Biegung 94a zwischen dem ersten Leiterplattenabschnitt 18a und dem zweiten Leiterplattenabschnitt 22a und eine weitere Kante und/oder Biegung 96a zwischen dem ersten Leiterplattenabschnitt 18a und dem weiteren zweiten Leiterplattenabschnitt 23a parallel zueinander und senkrecht zur Motorwelle 20a und/oder zur Rotationsachse 78a angeordnet sind (vgl. insbesondere
Darüber hinaus sind der erste Leiterplattenabschnitt 18a und die zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a derart relativ zueinander angeordnet, dass der erste Leiterplattenabschnitt 18a und die zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a bei einer Betrachtung in Richtung der Motorwelle 20a und/oder der Rotationsachse 78a überdeckungsfrei sind und folglich insbesondere keinen Schnittbereich und/oder Überlappungsbereich aufweisen. Alternativ könnte zumindest ein zweiter Leiterplattenabschnitt einen ersten Leiterplattenabschnitt bei einer Betrachtung in Richtung einer Motorwelle und/oder Rotationsachse zumindest teilweise überdecken.In addition, the first printed
Des Weiteren ist auf jedem der zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a wenigstens ein Leistungselektronikbauteil 24a, 26a der Leistungselektronik angeordnet. Vorteilhaft können auch sämtliche Leistungselektronikbauteile 24a, 26a auf den zweiten Leiterplattenabschnitten 22a, 23a angeordnet sein. Die Leistungselektronikbauteile 24a, 26a sind dabei jeweils auf einer dem Elektromotor 14a, insbesondere dem Lagerschild 58a, zugewandten Seite des entsprechenden zweiten Leiterplattenabschnitts 22a, 23a angeordnet. Im vorliegenden Fall ist die Elektronikeinheit 12a derart auf der Leiterplatte 16a angeordnet, dass sich die Elektronikeinheit 12a über zumindest drei Seiten 38a, 40a, 42a der Leiterplatte 16a verteilt.Furthermore, at least one
Ferner erstreckt sich wenigstens eine der, insbesondere mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckten, Leiterbahnen 30a, 32a, 34a zumindest teilweise über den ersten Leiterplattenabschnitt 18a und den zweiten Leiterplattenabschnitt 22a und ist folglich sowohl auf dem ersten Leiterplattenabschnitt 18a als auch auf dem zweiten Leiterplattenabschnitt 22a angeordnet. Im vorliegenden Fall sind beispielhaft wenigstens eine erste Leiterbahn 30a und eine zweite Leiterbahn 32a der Leiterbahnen 30a, 32a, 34a direkt über die Kante und/oder Biegung 94a zwischen dem ersten Leiterplattenabschnitt 18a und dem zweiten Leiterplattenabschnitt 22a geführt.Furthermore, at least one of the printed
Darüber hinaus kann das, insbesondere mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte, Trägersubstrat 28a aus zumindest zwei verschiedenen Materialien bestehen. Im vorliegenden Fall bestehen beispielhaft der erste Leiterplattenabschnitt 18a und die zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a aus verschiedenen Materialien. Der erste Leiterplattenabschnitt 18a, auf welchem insbesondere die Steuerlogik und die Erfassungselektronik angeordnet ist, besteht dabei insbesondere aus einem weniger hitzebeständigen Material, während die zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a, auf welchen insbesondere die Leistungselektronik angeordnet ist, aus einem hitzebeständigen Material bestehen. Alternativ oder zusätzlich könnte jedoch auch ein innenliegender Leiterplattenabschnitt der Leiterplatte ein anderes Material als ein außenliegender Leiterplattenabschnitt der Leiterplatte aufweisen. Ferner kann ein mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestelltes Trägersubstrat grundsätzlich auch aus einem einzigen Material geformt werden.In addition, the
Ferner können zumindest zwei, insbesondere mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte, Leiterbahnen 30a, 32a, 34a aus verschiedenen Materialien bestehen. Im vorliegenden Fall bestehen beispielhaft die erste Leiterbahn 30a und eine dritte Leiterbahn 34a aus verschiedenen Materialien. Die erste Leiterbahn 30a ist dabei zur elektrischen Anbindung der Leistungselektronik vorgesehen und besteht aus einem Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit, während die dritte Leiterbahn 34a zur elektrischen Anbindung der Steuerlogik und/oder der Erfassungselektronik 86a vorgesehen ist und aus einem Material mit einer niedrigeren elektrischen Leitfähigkeit besteht. Alternativ oder zusätzlich könnte jedoch auch eine innenliegende Leiterbahn ein anderes Material als eine außenliegende Leiterbahn aufweisen. Ferner können mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellte Leiterbahnen grundsätzlich auch aus einem einzigen Material geformt werden.Furthermore, at least two
Zudem kann wenigstens eine, insbesondere mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte, Leiterbahn 30a, 32a, 34a aus mehreren verschiedenen Materialien bestehen. Im vorliegenden Fall weist beispielhaft die zweite Leiterbahn 32a wenigstens zwei Leiterbahnabschnitte 44a, 46a auf, welche aus verschiedenen Materialien bestehen. Ein erster Leiterbahnabschnitt 44a der Leiterbahnabschnitte 44a, 46a ist in einem Bereich der Leistungselektronik, insbesondere des Leistungselektronikbauteils 24a, angeordnet. Ein zweiter Leiterbahnabschnitt 46a der Leiterbahnabschnitte 44a, 46a ist in einem von dem Bereich der Leistungselektronik abweichenden und beabstandeten weiteren Bereich, beispielsweise in einem Bereich der Steuerlogik und/oder der Erfassungselektronik 86a und/oder in einem Verbindungsbereich des ersten Leiterplattenabschnitts 18a und des zweiten Leiterplattenabschnitts 22a angeordnet. In diesem Fall kann der erste Leiterbahnabschnitt 44a beispielsweise aus einem Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit und der zweite Leiterbahnabschnitt 46a aus einem Material mit einer niedrigeren elektrischen Leitfähigkeit bestehen. Alternativ oder zusätzlich könnten durch die Verwendung unterschiedlicher Materialien für eine einzelne Leiterbahn auch verschiedenen Bauteile direkt in die Leiterbahn integriert werden, wie beispielsweise ein, vorteilhaft mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckter, elektrischer Widerstand, ein, vorteilhaft mittels des 3D-Druckverfahrens gedrucktes, Sensorelement und/oder eine, vorteilhaft mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte, Leiterplattensicherung.In addition, at least one
Darüber hinaus ist im vorliegenden Fall wenigstens ein Elektronikbauteil 48a der Elektronikeinheit 12a in die Leiterplatte 16a integriert und/oder eingebettet. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei dem Elektronikbauteil 48a beispielhaft um einen Kondensator, welcher vollständig von dem Trägersubstrat 28a umgeben ist und beim 3D-Druckverfahren in das Trägersubstrat 28a integriert und/oder eingebettet wird. Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, ein von einem Kondensator abweichendes Elektronikbauteil in die Leiterplatte 16a zu integrieren und/oder einzubetten, wie beispielsweise den Lagesensor 88a der Erfassungselektronik 86a, einen Temperatursensor der Erfassungselektronik und/oder ein anderes aktives oder passives Elektronikbauteil.In addition, in the present case at least one
Ferner weist die Leiterplatte 16a mehrere, insbesondere identisch ausgebildete, Motorkontakte 98a, 100a zum elektrischen Anschluss des Elektromotors 14a auf. Im vorliegenden Fall weist die Steuervorrichtung 10a beispielhaft sechs Motorkontakte 98a, 100a auf, wobei jeder der Motorkontakte 98a, 100a zum Anschluss eines Motordrahts 102a (lediglich schematisch angedeutet) des, insbesondere mehrphasigen, Elektromotors 14a vorgesehen ist. Die Motordrähte 102a sind dabei durch Ausnehmungen in dem Lagerschild 58a geführt. Die Motorkontakte 98a, 100a sind zur elektrischen Verbindung der Ansteuerelektronik 82a mit dem Elektromotor 14a vorgesehen. Die Motorkontakte 98a, 100a sind auf dem ersten Leiterplattenabschnitt 18a angeordnet. Die Motorkontakte 98a, 100a sind dabei beispielhaft als auf den ersten Leiterplattenabschnitt 18a gelötete Schweißkontakte ausgebildet. Zudem sind die Motorkontakte 98a, 100a in zwei, insbesondere gleich große, Gruppen von Motorkontakten 98a, 100a aufgeteilt, wobei eine erste Gruppe von Motorkontakten 98a und eine zweite Gruppe von Motorkontakten 100a zumindest im Wesentlichen spiegelsymmetrisch bezüglich der Mittenebene 92a angeordnet sind. Alternativ könnte wenigstens ein Motorkontakt jedoch auch auf einem zweiten Leiterplattenabschnitt angeordnet sein. Ferner könnte eine Leiterplatte eine von sechs abweichende Anzahl an Motorkontakten aufweisen. Darüber hinaus könnte wenigstens ein Motorkontakt mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckt werden.Furthermore, the printed
Zur Entwärmung und/oder Kühlung der Leistungselektronikbauteile 24a, 26a umfasst die Steuervorrichtung 10a zudem mehrere Kühlkörper 104a, 106a, im vorliegenden Fall insbesondere zwei Kühlkörper 104a, 106a, wobei jedem der zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a einer der Kühlkörper 104a, 106a zugeordnet ist. Die Kühlkörper 104a, 106a sind zumindest im Wesentlichen spiegelsymmetrisch bezüglich der Mittenebene 92a ausgebildet. Die Kühlkörper 104a, 106a stehen jeweils in direktem Kontakt und/oder direkter thermischer Verbindung mit dem Elektronikgehäuse 56a, insbesondere dem Grundgehäuse 60a. Zudem weisen die Kühlkörper 104a, 106a jeweils eine Kühlfläche auf, welche dem entsprechenden Leistungselektronikbauteil 24a, 26a zugeordnet ist und welche parallel zu dem entsprechenden zweiten Leiterplattenabschnitt 22a, 23a verläuft. Die Kühlkörper 104a, 106a sind jeweils dazu vorgesehen, eine von dem jeweiligen Leistungselektronikbauteil 24a, 26a im Betrieb erzeugte Wärmenergie über eine, insbesondere dem entsprechenden Kühlkörper 104a, 106a benachbarte, Seitenwand 66a, 67a des Grundgehäuses 60a und/oder das Lagerschild 58a abzuführen. Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, auf zusätzliche Kühlkörper zu verzichten und eine im Betrieb erzeugte Wärmenergie unmittelbar und insbesondere zu wenigstens einem Großteil oder vollständig über ein Lagerschild eines Elektromotors, eine, insbesondere parallel zu der Motorwelle angeordnete, Seitenwand eines Grundgehäuses und/oder einen Gehäusedeckel abzuführen.To heat and/or cool power
In einem Verfahrensschritt 110a wird die Leiterplatte 16a mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt. Dabei werden ein, insbesondere formstabiles, Trägersubstrat 28a und mehrere Leiterbahnen 30a, 32a, 34a mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckt. Die Leiterbahnen 30a, 32a, 34a werden dabei auf das Trägersubstrat 28a und vorzugsweise auf eine bestückbare Oberfläche der Leiterplatte 16a gedruckt. Ferner kann das Elektronikbauteil 48a der Elektronikeinheit 12a in die Leiterplatte 16a integriert und/oder eingebettet werden. Bei dem eingesetzten 3D-Druckverfahren handelt es sich beispielhaft um ein Tintenstrahldruckverfahren bzw. Material-Jetting-Verfahren, insbesondere in Form eines Multi-Jet Modeling-Verfahrens und/oder eines Poly-Jet Modeling-Verfahrens. Hierdurch kann die Leiterplatte 16a sehr kostengünstig und mit nahezu beliebigen Formen erzeugt werden.In a
In einem Verfahrensschritt 112a wird die Leiterplatte 16a bestückt, indem die Elektronikeinheit 12a auf der Leiterplatte 16a angeordnet und befestigt wird. Zur Befestigung kann dabei insbesondere ein Klebeprozess, ein Schmelzprozess, ein Schweißprozess und/oder vorzugsweise ein Lötprozess verwendet werden. Zudem wird die Elektronikeinheit 12a elektrisch mit den Leiterbahnen 30a, 32a, 34a verbunden.In a
In einem Verfahrensschritt 114a wird die Leiterplatte 16a samt Elektronikeinheit 12a in das Elektronikgehäuse 56a montiert. Dabei wird die Leiterplatte 16a mit der darauf angeordneten Elektronikeinheit 12a in den Aufnahmebereich 64a des Grundgehäuses 60a eingebracht und darin befestigt. Anschließend wird die Leiterplatte 16a und folglich die Elektronikeinheit 12a elektrisch mit dem Elektromotor 14a gekoppelt. Abschließend wird der Aufnahmebereich 64a mittels des Gehäusedeckels 62a verschlossen.In a
Das beispielhafte Ablaufdiagramm in
In den
In diesem Fall ist die mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellte Leiterplatte 16b wiederum einstückig und starr und/oder formstabil ausgebildet. Zudem ist eine gesamte Elektronikeinheit 12b auf der Leiterplatte 16b angeordnet und zwar derart, dass sich die Elektronikeinheit 12b über zumindest drei Seiten 38b, 40b, 42b der Leiterplatte 16b verteilt.In this case, the printed
Die Leiterplatte 16b umfasst einen ersten Leiterplattenabschnitt 18b sowie zwei mit dem ersten Leiterplattenabschnitt 18b verbundene zweite Leiterplattenabschnitte 22b, 23b, welche winklig relativ zu dem ersten Leiterplattenabschnitt 18b angeordnet sind. Im vorliegenden Fall sind der erste Leiterplattenabschnitt 18b und die zweiten Leiterplattenabschnitte 22b, 23b derart winklig relativ zueinander angeordnet, dass ein Winkel α1 zwischen dem ersten Leiterplattenabschnitt 18b und dem zweiten Leiterplattenabschnitt 22b und ein Winkel α2 zwischen dem ersten Leiterplattenabschnitt 18b und dem weiteren zweiten Leiterplattenabschnitt 23b jeweils 90° betragen. Die Leiterplatte 16b weist demnach in einer Richtung senkrecht zu einer Motorwelle 20b eines Elektromotors 14b betrachtet einen U-förmigen Querschnitt auf.The printed
Ferner grenzt der erste Leiterplattenabschnitt 18b unmittelbar an einen Gehäusedeckel 62b eines Elektronikgehäuses 56b an. Dabei erstrecken sich die zweiten Leiterplattenabschnitte 22b, 23b zumindest bei einer Betrachtung senkrecht zur Motorwelle 20b jeweils ausgehend von dem ersten Leiterplattenabschnitt 18b in eine dem Elektromotor 14b zugewandte Richtung. In diesem Fall kann die Leiterplatte 16b und insbesondere der erste Leiterplattenabschnitt 18b vorteilhaft an dem Gehäusedeckel 62b angeordnet, insbesondere befestigt, sein, wodurch die Leiterplatte 16b vorteilhaft zusammen mit dem Gehäusedeckel 62b und insbesondere in einem Arbeitsschritt montiert werden kann.Furthermore, the first printed
Darüber hinaus ist die Steuervorrichtung 10b frei von etwaigen Kühlkörpern und/oder Kühlelementen. In diesem Fall ist die Leiterplatte 16b derart an einen Aufnahmebereich 64b eines Grundgehäuses 60b des Elektronikgehäuses 56b angepasst, dass die Leiterplatte 16b in direktem thermischem Kontakt mit dem Elektronikgehäuse 56b steht und eine von der Elektronikeinheit 12b, insbesondere einer Leistungselektronik, im Betrieb erzeugte Wärmenergie unmittelbar über eine parallel zu der Motorwelle 20b angeordnete Seitenwand 66b des Grundgehäuses 60b und den Gehäusedeckel 62b abgeführt wird. Das Grundgehäuse 60b und der Gehäusedeckel 62b bestehen in diesem Fall aus einem Metall, insbesondere Aluminium.In addition, the
Darüber hinaus sind Motorkontakte 98b, 100b zum elektrischen Anschluss des Elektromotors 14b auf den zweiten Leiterplattenabschnitten 22b, 23b angeordnet. Jeder der Motorkontakte 98b, 100b ist zum Anschluss eines Motordrahts 102b (lediglich schematisch angedeutet) des, insbesondere mehrphasigen, Elektromotors 14b vorgesehen. Zudem sind die Motorkontakte 98b, 100b in zwei, insbesondere gleich große, Gruppen von Motorkontakten 98b, 100b aufgeteilt, wobei eine erste Gruppe von Motorkontakten 98b auf dem zweiten Leiterplattenabschnitt 22b und eine zweite Gruppe von Motorkontakten 100b auf dem weiteren zweiten Leiterplattenabschnitt 23b angeordnet sind.In addition,
In
In diesem Fall ist die mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellte Leiterplatte 16c wiederum einstückig und starr und/oder formstabil ausgebildet. Die Leiterplatte 16c weist dabei in einer Richtung senkrecht zu einer Motorwelle 20c eines Elektromotors 14c betrachtet einen quaderförmigen Querschnitt auf und erstreckt sich einerseits von einem Lagerschild 58c des Elektromotors 14c bis zu einem Gehäusedeckel 62c eines Elektronikgehäuses 56c und andererseits von einer Seitenwand 66c eines Grundgehäuses 60c des Elektronikgehäuses 56c bis zu einer der Seitenwand 66c gegenüberliegenden weiteren Seitenwand 67c des Grundgehäuses 60c des Elektronikgehäuses 56c. Zudem ist eine gesamte Elektronikeinheit 12c auf der Leiterplatte 16c angeordnet und zwar derart, dass sich die Elektronikeinheit 12c über zumindest vier Seiten 36c, 38c, 40c, 42c und bevorzugt über zumindest sechs Seiten 36c, 38c, 40c, 42c der Leiterplatte 16c verteilt.In this case, the printed
Darüber hinaus ist die Steuervorrichtung 10c frei von etwaigen Kühlkörpern und/oder Kühlelementen. In diesem Fall ist die Leiterplatte 16c derart an einen Aufnahmebereich 64c des Grundgehäuses 60c angepasst, dass die Leiterplatte 16c in direktem thermischem Kontakt mit dem Elektronikgehäuse 56c steht und eine von der Elektronikeinheit 12c, insbesondere einer Leistungselektronik, im Betrieb erzeugte Wärmenergie unmittelbar über das Lagerschild 58c, die Seitenwand 66c und/oder die weitere Seitenwand 67c des Grundgehäuses 60c und den Gehäusedeckel 62c abgeführt wird.In addition, the
Die Leiterplatte 16d der Steuervorrichtung 10d entspricht zumindest im Wesentlichen der Leiterplatte 16b des vorherigen Ausführungsbeispiels und umfasst folglich einen ersten Leiterplattenabschnitt 18d sowie zwei mit dem ersten Leiterplattenabschnitt 18d verbundene zweite Leiterplattenabschnitte 22d, 23d. Demnach weist die Leiterplatte 16d in einer Richtung senkrecht zu einer Motorwelle 20d eines Elektromotors 14d betrachtet einen U-förmigen Querschnitt auf. In diesem Fall erstrecken sich die zweiten Leiterplattenabschnitte 22d, 23d jedoch zumindest bei einer Betrachtung senkrecht zur Motorwelle 20d jeweils ausgehend von dem ersten Leiterplattenabschnitt 18d in eine dem Elektromotor 14d entgegengesetzte Richtung, insbesondere in Richtung eines Gehäusedeckels 62d eines Elektronikgehäuses 56d. Alternativ könnte eine Leiterplatte in diesem Fall jedoch auch eine andere Form und/oder Querschnittsform aufweisen.The printed
Ferner umfasst die Steuervorrichtung 10d das Kühlelement 50d, welches in die Leiterplatte 16d integriert und/oder eingebettet ist. Das Kühlelement 50d wird dabei bei dem 3D-Druckverfahren und folglich unmittelbar bei der Herstellung der Leiterplatte 16d in die Leiterplatte 16d integriert und/oder eingebettet. Grundsätzlich könnte das Kühlelement 50d auch direkt mittels des 3D-Druckverfahrens und insbesondere zusammen mit der Leiterplatte 16d gedruckt werden. Das Kühlelement 50d besteht aus einem thermisch leitfähigen Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von zumindest 200 W/mK. Das Kühlelement 50d ist einstückig ausgebildet. Zudem ist das Kühlelement 50d einstückig mit der Leiterplatte 16d verbunden. Das Kühlelement 50d ist dabei zu wenigstens einem Großteil von einem Trägersubstrat 28d der Leiterplatte 16d umgeben. Im vorliegenden Fall ist das Kühlelement 50d derart von dem Trägersubstrat 28d der Leiterplatte 16d umgeben, dass eine einem Lagerschild 58d zugewandte Seite des Kühlelements 50d und eine einer Seitenwand 66d eines Grundgehäuses 60d zugewandte Seite des Kühlelements 50d von der Leiterplatte 16d und/oder dem Trägersubstrat 28d vollständig bedeckt sind. Zudem ist das Kühlelement 50d derart von dem Trägersubstrat 28d der Leiterplatte 16d umgeben, dass eine dem Gehäusedeckel 62d zugewandte Seite des Kühlelements 50d unbedeckt ist. Das Kühlelement 50d ist vorliegend zur Kühlung einer auf der Leiterplatte 16d angeordneten Elektronikeinheit 12d, insbesondere einer Leistungselektronik, vorgesehen. Im vorliegenden Fall ist das Kühlelement 50d dazu vorgesehen, eine von der Elektronikeinheit 12d im Betrieb erzeugte Wärmenergie aufzunehmen und über den Gehäusedeckel 62d abzuführen. Der Gehäusedeckel 62d besteht dazu vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere Aluminium.Furthermore, the
Alternativ könnte ein Kühlelement auch aus einem thermisch leitfähigen Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von unter 200 W/mK und beispielsweise von zumindest 15 W/mK oder von zumindest 100 W/mK bestehen. Ferner könnte eine einem Lagerschild zugewandte Seite eines Kühlelements und/oder eine einer Seitenwand eines Grundgehäuses zugewandte Seite eines Kühlelements unbedeckt sein. Im diesem Fall könnte das Kühlelement dazu vorgesehen sein, eine von einer Elektronikeinheit im Betrieb erzeugte Wärmenergie aufzunehmen und über das Lagerschild und/oder die Seitenwand abzuführen.Alternatively, a cooling element could also consist of a thermally conductive material with a thermal conductivity of less than 200 W/mK and, for example, of at least 15 W/mK or of at least 100 W/mK. Furthermore, a side of a cooling element that faces an end shield and/or a side of a cooling element that faces a side wall of a base housing could be uncovered. In this case, the cooling element could be provided to absorb thermal energy generated by an electronic unit during operation and to dissipate it via the end shield and/or the side wall.
In
Die Leiterplatte 16e der Steuervorrichtung 10e entspricht zumindest im Wesentlichen der Leiterplatte 16c des vorherigen Ausführungsbeispiels. Demnach weist die Leiterplatte 16e in einer Richtung senkrecht zu einer Motorwelle 20e eines Elektromotors 14e betrachtet einen quaderförmigen Querschnitt auf. Alternativ könnte eine Leiterplatte in diesem Fall jedoch auch eine andere Form und/oder Querschnittsform aufweisen.The printed
Ferner umfasst die Steuervorrichtung 10e das Kühlelement 50e, welches in die Leiterplatte 16e integriert und/oder eingebettet ist. Das Kühlelement 50e wird dabei bei dem 3D-Druckverfahren und folglich unmittelbar bei der Herstellung der Leiterplatte 16e in die Leiterplatte 16e integriert und/oder eingebettet. Im vorliegenden Fall wird das Kühlelement 50e direkt mittels des 3D-Druckverfahrens und insbesondere zusammen mit der Leiterplatte 16e gedruckt. Das Kühlelement 50e ist zu wenigstens einem Großteil von einem Trägersubstrat 28e der Leiterplatte 16e umgeben. Das Kühlelement 50e bildet dabei einen inneren Kern der Leiterplatte 16e aus.Furthermore, the
Im vorliegenden Fall umfasst das Kühlelement 50e ferner einen bezüglich der Leiterplatte 16e innenliegenden und insbesondere einer Elektronikeinheit 12e zugeordneten, Grundkörper 52e und mehrere Abführelemente 54e, welche den Grundkörper 52e thermisch mit einer Außenseite der Leiterplatte 16e verbinden. Das Kühlelement 50e umfasst dabei eine Vielzahl von Abführelementen 54e, insbesondere zumindest zwölf Abführelemente 54e, welche über die Leiterplatte 16e verteilt angeordnet sind und den Grundkörper 52e insbesondere mit zumindest vier Seiten 36e, 38e, 40e, 42e und vorzugsweise zumindest sechs Seiten 36e, 38e, 40e, 42e der Leiterplatte 16e verbinden. Die Abführelemente 54e sind vorliegend identisch zueinander ausgebildet. Die Abführelemente 54e sind zur Steuerung einer Entwärmung vorgesehen. Die Abführelemente 54e sind dazu vorgesehen, eine von der Elektronikeinheit 12e im Betrieb erzeugte und von dem Grundkörper 52e aufgenommene Wärmenergie nach außen, insbesondere einen Umgebungsbereich der Leiterplatte 16e, abzuführen. Im vorliegenden Fall sind die Abführelemente 54e dabei derart über die Leiterplatte 16e verteilt angeordnet, dass die von der Elektronikeinheit 12e im Betrieb erzeugte Wärmenergie über zumindest drei Seiten 36e, 38e, 40e, 42e und/oder Oberflächen der Leiterplatte 16e abgeführt wird.In the present case, the
Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, wenigstens zwei Abführelemente mit unterschiedlichen Formen und/oder unterschiedlichen Materialien auszubilden. Beispielsweise könnten Abführelemente in einem Bereich einer Leistungselektronik einen größeren Durchmesser aufweisen und/oder aus einem Material mit einer höheren thermischen Leitfähigkeit bestehen als Abführelemente im Bereich einer Steuerlogik und/oder Erfassungselektronik. Ferner ist denkbar, unterschiedliche Abführelemente zur Steuerung einer Entwärmung vorzusehen. Beispielsweise ist in diesem Zusammenhang denkbar, die Abführelemente derart anzuordnen und/oder auszugestalten, dass eine Entwärmung und/oder eine Wärmeabfuhr zu wenigstens einem Großteil über ein Lagerschild eines Elektromotors, eine Seitenwand eines Grundgehäuses oder einen Gehäusedeckel erfolgt.In principle, however, it is also conceivable to design at least two discharge elements with different shapes and/or different materials. For example, discharge elements in an area of power electronics could have a larger diameter and/or consist of a material with higher thermal conductivity than discharge elements in the area of control logic and/or detection electronics. It is also conceivable to provide different dissipation elements for controlling cooling. For example, it is conceivable in this context to arrange and/or design the dissipation elements in such a way that cooling and/or heat dissipation takes place at least to a large extent via an end shield of an electric motor, a side wall of a basic housing or a housing cover.
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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- US 2019/0098771 A1 [0004]US 2019/0098771 A1 [0004]
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