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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Elektromotoren, die als Innenläufer bezeichnet werden, weisen einen Rotor auf, der eine Rotorwelle umfasst, die in einem Gehäuse drehbar gelagert ist. Der Rotor trägt Magnete. Die Magnete, insbesondere Permanentmagnete sind um einen Rotorkern herum angeordnet und sitzen auf dessen Außenseite. Der Rotor definiert die geometrischen Achsen und Richtungen, die auch in dieser Beschreibung und den Patentansprüchen verwendet werden sollen. Eine Mittelachse fällt mit der Symmetrieachse des Rotors zusammen und stellt in dem Elektromotor auch die Drehachse des Rotors dar. In Richtung der Drehachse verläuft die Längsrichtung der Anordnung. Die Radialrichtung ist durch zunehmenden Abstand von der Mittelachse gekennzeichnet. Die Permanentmagnete des Rotors liegen also in Radialrichtung außen. Tangential zu dem Rotor verläuft die Umfangsrichtung, an der jeder Richtungsvektor senkrecht zu einem Radius der Anordnung ausgerichtet ist. Der Elektromotor weist nach dem Stand der Technik außerdem einen radial außerhalb des Rotors angeordneten Stator auf, der den Rotor außen ringförmig umgibt. Die Oberseite der Anordnung ist definiert, als die Seite an der die Leiterplatte angeordnet ist.
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Zur Fixierung des Rotors sind üblicherweise zwei Lagersysteme vorgesehen. Oft werden diese Lager als Kugellager ausgeführt, wobei die elektromagnetischen Baugruppen zwischen den Lagern liegen. Das obere Lager, welches in der Nähe einer Leiterplatte liegt, wird herkömmlicherweise mittels eines Lagerschilds in Axial- und Radialrichtung abgestützt. Da die Leiterplatte elektrisch kontaktiert wird, kann es dazu kommen, dass über die unmittelbar mit der Leiterplatte verbundenen Stecker bzw. Steckverbinder unerwünschte Biegespannungen in die Leiterplatte eingeleitet werden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Elektromotor anzugeben, der die Leiterplatte vor externen Krafteinwirkungen schützt und zudem kompakte Abmessung aufweist.
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Diese Aufgabe wird von einem Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Demnach ist ein Elektromotor aufweisend eine Rotorwelle, ein Motorgehäuse, ein im Motorgehäuse abgestütztes Lagerschild zur Lagerung der Rotorwelle, eine im Motorgehäuse aufgenommene Leiterplatte, und einen das Motorgehäuse abschließenden Deckel, sowie Steckverbinder, zur elektrischen Kontaktierung der Leiterplatte, vorgesehen. Das Lagerschild ist dabei Teil eines Trägers, der durchsetzende Ausnehmungen aufweist, die jeweils von einem Steckverbinder, vorzugsweise lediglich durch freie Kontakte des Steckverbinders, durchsetzt sind, wobei jeder Steckverbinder einen Steckerkörper aufweist, der sich an der Unterseite des Trägers abstützt.
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In die Steckverbinder eingeleitete Druck- und Biegekräfte werden nunmehr von dem Träger abgefangen, wodurch die Leiterplatte entlastet werden kann.
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Vorzugsweise sind das Lagerschild und der Träger einstückig ausgebildet. Das Lagerschild liegt bevorzugt auf der Unterseite des Trägers. Der Träger ist bevorzugt eine Trägerplatte.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Leiterplatte teilweise auf der Oberseite des Trägers aufliegt und mit diesem fest verbunden ist. Bevorzugt weist dafür der Träger Haltedorne auf, wodurch toleranzbedingten Problemen bei der Montage der Leiterplatte durch die wenigen Anbindungspunkte verringert werden können.
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Vorzugsweise liegt der Träger im Inneren des Motorgehäuses auf und ist mit diesem fest verbunden. Das Motorgehäuse weist dafür bevorzugt an einem Ende eine Auskragung auf, die eine Hauptöffnung zur Montage eines Stators und eines Rotors umgibt.
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Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die Steckverbinder Öffnungen im Motorgehäuse durchsetzen und die Steckerkörper gegenüber dem Inneren des Motorgehäuses abgedichtet, insbesondere wasserdicht, sind. Dabei liegen vorzugsweise die Öffnungen im Bereich der Auskragung. In einer bevorzugten Ausführungsform ist für die Abdichtung eine um die Öffnungen des Motorgehäuses umlaufende Doppelrippenkontur vorgesehen, in die jeweils eine korrespondierende Rippe der Steckverbinder eingreift. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Rippe in die Doppelrippenkontur mit einem Dichtmittel geklebt wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass auf der Oberseite des Trägers wenigstens einen Kühlkörper angeordnet ist, der eine im Bereich der Leiterplatte entstehende Wärme gezielt und somit effektiv abführt. Bevorzugter Weise ist der wenigstens eine Kühlkörper einstückig mit dem Träger ausgebildet, wobei der Träger im Bereich des wenigstens einen Kühlkörpers, insbesondere ausschließlich dort, ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit aufweist. Es kann aber auch sein, dass der wenigstens eine Kühlkörper separat, beispielsweise in Form eines Aluminiumblocks ausgebildet ist und an dem Träger montiert oder bei dessen Herstellung befestigt wird.
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Vorzugsweise weisen die Steckverbinder in Axialrichtung verlaufenden Pins auf, die bei der Montage in entsprechende Ausnehmungen im Träger eingreifen, so dass die Lage am Träger auf einfache Art und Weise definiert ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleichartige oder gleichwirkende Bauteile werden in den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen:
- 1: eine räumliche Ansicht eines teilweise montierten Elektromotors mit Träger,
- 2: eine Explosionszeichnung des Trägers und des Motorgehäuses des Elektromotors der 1 in Ansicht von oben,
- 3: eine Explosionszeichnung des Trägers und des Motorgehäuses des Elektromotors der 1 in Ansicht von unten, sowie
- 4: einen Längsschnitt durch den teilweise montierten Elektromotor.
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1 zeigt einen Elektromotor 1 mit Motorgehäuse 2. Das Motorgehäuse 2 ist in einem unteren Bereich im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weist einen Boden 3 und eine dem Boden 3 gegenüberliegende Auskragung 4 mit einer nicht ersichtlichen Hauptöffnung auf. Durch die Hauptöffnung wird ein nicht dargestellter Stator und Rotor des Elektromotors eingesetzt. In die Auskragung des Motorgehäuses 2 ist ein Träger 5, insbesondere eine Trägerplatte, eingesetzt. Der Träger 5 weist eine Öffnung 6 auf, durch die die Rotorwelle 7 durchragt. Der Träger 5 weist auf der Oberseite Kühlkörper 8 für eine nicht dargestellte Leiterplatte auf. Die Kühlkörper 8 liegen im montierten Zustand im Bereich von auf der Leiterplatte angeordneten Feldeffekttransistoren (FETs) und des Mikrokontrollers und dienen der gezielten Wärmeableitung. Der Träger 5 ist bevorzugt einstückig mit den Kühlkörpern 8 in Form eines Spritzgussteils ausgebildet und besteht im Bereich der Kühlkörper aus einem Materialmix, welcher eine besonders gute thermische Leitfähigkeit aufweist. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Kühlkörper 8 separate Bauteile sind, die auf dem Träger 5 montiert werden, beispielsweise geschraubt, geklebt oder dergleichen. Die Kühlkörper können dann beispielsweise massive Aluminiumblöcke sein. Es ist auch denkbar, dass die Kühlkörper, insbesondere Aluminiumblöcke, in den Träger 5 eingegossen oder teilweise oder vollumfänglich umspritzt sind. Der Träger 5 weist durchsetzende Ausnehmungen 9 auf, die jeweils von einem Steckverbinder 10 durchsetzt werden. Die Steckverbinder 10 bilden jeweils eine Schnittstelle zur nicht dargestellten Leiterplatte aus. Die Steckverbinder 10 sind mit dem Träger 5 verbunden und stützten sich an diesem ab. Dadurch wird verhindert, dass in die Leiterplatte über die Steckverbinder 10 unerwünschte Biegemomente eingeleitet werden. Der Träger 5 liegt mit seiner Unterseite zumindest teilweise auf der Auskragung 4 des Motorgehäuses auf und ist an dieser mittels Schrauben 11 verbunden.
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2 zeigt im Detail das Motorgehäuse 2 und den Träger 5. Das Motorgehäuse 2 weist in der Auskragung 4 außerhalb der Hauptöffnung 12 drei Öffnungen 99 auf, die korrespondierend zu den Ausnehmungen in dem Träger 9 ausgebildet sind und somit im montierten Zustand des Elektromotors von jeweils einem Steckverbinder 10 durchsetzt sind. Die Steckverbinder 10 werden jeweils in Längsrichtung in die entsprechende Öffnung der Auskragung des Motorgehäuses 99 eingesetzt. Das Motorgehäuse 2 weist umlaufend um die Öffnungen 99 eine Doppelrippenkontur 13 auf. Die Doppelrippenkontur 13 ist mittels zwei parallel zueinander verlaufenden Rippen ausgebildet und weist ein im Längsschnitt U-förmiges Profil auf. Die Steckverbinder 10 haben eine korrespondierende umlaufende Rippe 14, die bei der Montage in Längsrichtung zwischen die beiden Rippen der Doppelrippenkontur 13 eingreift. Um den außerhalb des Motorgehäuses liegende Teil des Steckverbinders gegenüber dem Inneren des Motorgehäuses bei der Montage abzudichten wird ein Dichtmittel bzw. eine Dichtmasse zwischen die Rippen der Doppelrippenkontur 13 eingebracht. Die ineinandergreifenden Rippen 13,14 fixieren zudem die Lage der Steckverbinder 10 an dem Motorgehäuse 2. Die Steckverbinder 10 weisen einen Steckerkörper 100 auf, von dem ein Steckerkragen 101 sich in Längsrichtung erstreckt. Die Steckverbinder weisen Kontakte 102 auf, die auf der dem Steckerkragen 101 gegenüberliegenden Seite des Steckerkörpers freiliegen und im restlichen Bereich von dem Steckerkörper 100 und dem daran anschließenden Steckerkragen 101 umgeben sind. Der Steckerkörper 100 weist einen größeren Durchmesser auf als der Steckerkragen 101. Die Unterseite des Steckerkörpers 100 trägt die umlaufende Rippe, die sich um den Steckerkragen 101 herum in einem Abstand erstreckt. Auf der Oberseite des Steckerkörpers 100 sind drei in Axialrichtung verlaufenden Pins 15 angeordnet, die bei der Montage in entsprechende Ausnehmungen 16 im Träger 5 eingreifen und somit der Ausrichtung und Fixierung am Träger dienen. Die freien Steckerkontakte der Steckverbinder 102 ragen im montierten Zustand über die Oberseite des Trägers 5 hervor und kontaktieren unmittelbar die Leiterplatte. Unterhalb des Trägers liegen die Steckerkontakte der Steckverbinder innerhalb des Steckerkörpers sowie des Steckerkragens 101.
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In 3 sind das Motorgehäuse 2 und der Träger 5 in Ansicht von unten dargestellt. Wie aus der Darstellung ersichtlich ist, weist der Träger 5 ein integriertes Lagerschild 17 auf, welches einteilig mit dem Träger 5 ausgebildet ist. In das Lagerschild 17 wird ein nicht dargestelltes Kugellager zur Lagerung der Rotorwelle eingesetzt. Das Lagerschild 17 stützt das Kugellager in Axial- und Radialrichtung ab.
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Die Steckverbinder 10 durchsetzen den Träger 5 von unten her. Der Steckerkörper 100 weist jeweils die umlaufende Rippe 14 auf, die bei der Montage zur Abdichtung in die entsprechende nicht ersichtliche Doppelrippenkontur des Motorgehäuses greift.
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4 zeigt das vollständig montierte Motorgehäuse 2. In der Auskragung des Motorgehäuses 4 liegt der Träger 5. Oberhalb des Trägers 5 ist die Leiterplatte 18 angeordnet. Die freien Kontakte 102 der Steckverbinder greifen in die Leiterplatte 18 ein. Das Motorgehäuse 2 ist von einem Deckel 19 verschlossen, der die Leiterplatte 18 abdeckt. Im Längsschnitt ist die Abdichtung zwischen Motorgehäuse und Steckerkörper 100 gut zu erkennen. Die Rippe des Steckverbinders 14 greift in die Doppelrippe des Motorgehäuses 13 ein. Die Pins auf der Oberseite des Steckerkörpers 15 sind in die Ausnehmungen 16 eingesetzt und fixieren somit die Lage relativ zum Träger 5. Der Träger 5 ist an dem Motorgehäuse 2 angeschraubt. Zudem ist die Leiterplatte an dem Träger 5 festgeschraubt.
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Das Lagerschild des Trägers 17 liegt lediglich in Anlage mit einem Lageraußenring des Kugellagers 20. Der Lagerinnenring des Kugellagers 21 ist nach oben hin frei. Der Lagerinnenring 21 sitzt mit seiner Unterseite in Anlage mit einem auf der Außenseite der Rotorwelle 7 ausgebildetem Sitz 22.
