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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, ein Elektronikmodul für einen Elektromotor, ein Verfahren zur Einstellung einer Referenzspannung und ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Elektromotoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 4 bzw. 6 bzw. 8.
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Bei der Serienfertigung von Elektromotoren z.B. für Ventilatoren unterschiedlicher Leistungsklassen kommen für jede Leistungsvariante unterschiedliche Elektronikmodule zum Einsatz, welche sich zur Realisierung eines Motorschutzes jeweils durch einen Widerstand mit einem auf den jeweiligen Stator abgestimmten Widerstandswert unterscheiden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Elektromotor, ein Elektronikmodul für einen Elektromotor, ein Verfahren zur Einstellung einer Referenzspannung bzw. Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Elektromotoren vorzuschlagen, durch welchen bzw. durch welches eine Serienfertigung vereinfacht ist.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bzw. 4 bzw. 6 bzw. 8 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 4 bzw. 6 bzw. 8 gelöst. In den jeweiligen Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen angegeben.
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Der erfindungsgemäße Elektromotor umfasst einen Stator, einen Rotor und ein Elektronikmodul,
- - wobei das Elektronikmodul eine Strombegrenzungsschaltung, wenigstens einen Shunt und eine Endstufe mit Treibern umfasst,
- - wobei die Strombegrenzungsschaltung einen einstellbaren Widerstand und einen Komparator umfasst,
- - wobei der einstellbare Widerstand auf einen auf den Elektromotor abgestimmten Widerstandswert eingestellt ist,
- - wobei an einem ersten Eingang des Komparators eine mittels des einstellbaren Widerstands auf einen festgelegten Referenzwert eingestellte Referenzspannung angelegt ist und wobei an einem zweiten Eingang des Komparators eine an dem Shunt in Folge der Wicklungsströme des Elektromotors abfallende Shunt-Spannung angelegt ist,
- - wobei die Treiber der Endstufe solange über einen Ausgang des Komparators aktiv gehalten sind, bis die Shunt-Spannung die Referenzspannung übersteigt. Durch eine Ausstattung des Elektronikmoduls mit einem einstellbaren Widerstand ist es möglich, das Elektronikmodul für Elektromotoren unterschiedlicher Leistung zu verbauen, so dass jedes Elektronikmodul individuell auf den herzustellenden Elektromotor angepasst werden kann. Da lediglich der Widerstandswert eingestellt werden muss, um das Elektronikmodul auf den Elektromotor anzupassen, kann dies kurz vor der Montage des Elektronikmoduls an dem Stator erfolgen. Somit ist es möglich, die Zahl der bereits auf einen Elektromotor bestimmter Leistung angepasster Elektronikmodule gering zu halten, so dass sich die Produktion schnell umstellen lässt, ohne dass bereits eine Vielzahl von Elektronikmodulen vorkonfiguriert ist und eingelagert werden muss.
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Weiterhin ist es vorgesehen, das Elektronikmodul auf den Stator zu fügen. Hierdurch kann das Elektronikmodul im Fertigungsprozess zu einem späten Zeitpunkt verbaut werden, zu welchem bereits der Stator und der Rotor miteinander verbaut sind, so dass es auch möglich ist, im Fertigungsablauf vor dem Verbauen des Elektronikmoduls an einer bereits hergestellten Rotor-Stator-Einheit Messungen vorzunehmen und diese bei der Einstellung des einstellbaren Widerstand zu berücksichtigen. Hierdurch ist es möglich, das Elektronikmodul besonders genau auf den jeweiligen Elektromotor abzustimmen.
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Es ist auch vorgesehen, den einstellbaren Widerstand mit einer Kommunikationsschnittstelle auszustatten, über welche dieser auf den benötigten Widerstandswert eingestellt ist oder den einstellbaren Widerstand als aufgeklebten Widerstand auszubilden, welcher den benötigten Widerstandwert aufweist, oder den einstellbaren Widerstand als Laser-getrimmten Widerstand auszubilden, welcher auf den benötigten Widerstandswert eingestellt ist. Hierdurch ist eine Einstellung des Widerstandswerts des Widerstands besonders komfortabel und besonders kurzfristig möglich.
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Das erfindungsgemäße Elektronikmodul für einen Elektromotor umfasst eine Strombegrenzungsschaltung, wenigstens einen Shunt und eine Endstufe mit Treibern,
- - wobei die Strombegrenzungsschaltung einen einstellbaren Widerstand und einen Komparator umfasst,
- - wobei der einstellbare Widerstand auf einen auf den Elektromotor abgestimmten Widerstandswert eingestellt ist,
- - wobei an einem ersten Eingang des Komparators eine mittels des einstellbaren Widerstands auf einen festgelegten Referenzwert eingestellte Referenzspannung angelegt ist und
wobei an einem zweiten Eingang des Komparators eine an dem Shunt in Folge der Wicklungsströme des Elektromotors abfallende Shunt-Spannung angelegt ist,
- - wobei die Treiber der Endstufe solange über einen Ausgang des Komparators aktiv gehalten sind, bis die Shunt-Spannung die Referenzspannung übersteigt.
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Durch ein derartiges Elektronikmodul mit einem einstellbaren Widerstand ist es möglich, das Elektronikmodul für Elektromotoren unterschiedlicher Leistung zu verbauen, so dass jedes Elektronikmodul individuell auf den herzustellenden Elektromotor angepasst werden kann. Da lediglich der Widerstandswert eingestellt werden muss, um das Elektronikmodul auf den Elektromotor anzupassen, kann dies kurz vor der Montage des Elektronikmoduls an dem Stator erfolgen. Somit ist es möglich, die Zahl der bereits auf einen Elektromotor bestimmter Leistung angepasster Elektronikmodule gering zu halten, so dass sich die Produktion schnell umstellen lässt, ohne dass bereits eine Vielzahl von Elektronikmodulen vorkonfiguriert ist und eingelagert werden muss.
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Weiterhin ist es vorgesehen, den einstellbaren Widerstand mit einer Kommunikationsschnittstelle auszustatten, über welche dieser auf den benötigten Widerstandswert eingestellt ist oder den einstellbaren Widerstand als aufgeklebten Widerstand auszubilden, welcher den benötigten Widerstandwert aufweist, oder den einstellbaren Widerstand als Laser-getrimmten Widerstand auszubilden, welcher auf den benötigten Widerstandswert eingestellt ist. Hierdurch ist eine Einstellung des Widerstandswerts des Widerstands besonders komfortabel und besonders kurzfristig möglich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Einstellung einer Referenzspannung an einem Eingang eines Komparators einer Schutzschaltung eines Elektromotors, sieht vor, in einem ersten Schritt messtechnisch und/oder rechnerisch einen Grenzwert für ein durch die Wicklungsströme des Elektromotors an wenigstens einem Shunt erzeugtes Spannungssignal zu ermitteln und sieht vor, in einem zweiten Schritt einen persistent einstellbaren Widerstand eines Elektronikmoduls derart einzustellen, dass dieser eine Referenzspannung erzeugt, welche einem für eine an dem Shunt abfallende Shunt-Spannung ermittelten Grenzwert entspricht. Durch ein derartiges Verfahren ist es möglich, das gleiche Elektronikmodul für Elektromotoren unterschiedlicher Leistung zu verbauen, wobei hierdurch jedes Elektronikmodul individuell auf den herzustellenden Elektromotor angepasst werden kann. Da lediglich der Widerstandswert eingestellt werden muss, um das Elektronikmodul auf den Elektromotor anzupassen, kann dies kurz vor der Montage des Elektronikmoduls an dem Stator erfolgen. Somit ist es möglich, die Zahl der bereits auf einen Elektromotor bestimmter Leistung angepassten Elektronikmodule gering zu halten, so dass sich die Produktion schnell umstellen lässt, ohne dass bereits eine Vielzahl von Elektronikmodulen vorkonfiguriert ist und eingelagert werden muss.
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Es ist auch vorgesehen, zur Einstellung eines Widerstandswerts des einstellbaren Widerstands und der davon abhängigen Referenzspannung entweder ein Eingabegerät über eine Kommunikationsschnittstelle des einstellbaren Widerstands mit diesem zu verbinden und von diesem den Widerstandwert bestimmende Signale an den einstellbaren Widerstand zu übermitteln oder den einstellbaren Widerstand mit dem erforderlichen Widerstandswert auszuwählen und auf Kontaktflächen des Elektronikmoduls aufzukleben oder den einstellbaren Widerstand als Laser-trimmbaren Widerstand auszubilden und mit Hilfe eines Lasers auf den Widerstandswert einzustellen. Hierdurch ist eine Einstellung des Widerstandswerts des Widerstands besonders komfortabel und besonders kurzfristig möglich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Elektromotoren, welche sich in ihrer individuellen Auslegung wenigstens teilweise durch eine Auslegung des Elektronikmoduls unterscheiden, umfasst die Schritte:
- - messtechnische und/oder rechnerische Ermittlung von Grenzwerten für die Wicklungsströme der individuellen Auslegungen;
- - messtechnische und/oder rechnerische Ermittlung von einer abhängig von einer individuellen Auslegung des Elektromotors durch die Wicklungsströme des jeweiligen Elektromotors an wenigstens einem Shunt erzeugten Shunt-Spannung;
- - Montage von Rotor und Stator;
- - anschließende Komplettierung des Elektromotors durch eine Montage des Elektronikmoduls,
- - wobei das Elektronikmodul vor der Montage auf die individuelle Auslegung des jeweiligen Elektromotors dadurch individuell abgestimmt wird,
- - dass ein persistent einstellbarer Widerstand auf einen derartigen Widerstandswert eingestellt wird, dass ein mit dem Widerstandswert des einstellbaren Widerstands und dem Widerstandswert des Shunts beaufschlagter Komparator dann schaltet, wenn die an dem Shunt abfallende Shunt-Spannung eine von dem einstellbaren Widerstand erzeugte Referenzspannung überschreitet,
- - wobei das Elektronikmodul anschließend zur Komplettierung des Elektromotors auf den Stator gefügt wird. Durch ein derartiges Verfahren ist es möglich, das Elektronikmodul für Elektromotoren unterschiedlicher Leistung zu verbauen, so dass jedes Elektronikmodul individuell auf den herzustellenden Elektromotor angepasst werden kann. Da lediglich der Widerstandswert eingestellt werden muss, um das Elektronikmodul auf den Elektromotor anzupassen, kann dies kurz vor der Montage des Elektronikmoduls an dem Stator erfolgen. Somit ist es möglich, die Zahl der bereits auf einen Elektromotor bestimmter Leistung angepasster Elektronikmodule gering zu halten, so dass sich die Produktion schnell umstellen lässt, ohne dass bereits eine Vielzahl von Elektronikmodulen vorkonfiguriert ist und eingelagert werden muss.
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Schließlich sieht das Verfahren vor, zur Einstellung des einstellbaren Widerstands entweder ein Eingabegerät über eine Kommunikationsschnittstelle des einstellbaren Widerstands mit diesem zu verbinden und von diesem den Widerstandswert bestimmende Signale an den einstellbaren Widerstand zu übermitteln oder den einstellbaren Widerstand mit dem erforderlichen Widerstandswert auszuwählen und auf Kontaktflächen des Elektronikmoduls aufzukleben oder den einstellbaren Widerstand als Laser-trimmbaren Widerstand auszubilden und auf den Widerstandswert einzustellen. Hierdurch ist eine Einstellung des Widerstandswerts des Widerstands besonders komfortabel und besonders kurzfristig möglich.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
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Hierbei zeigt:
- 1: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Elektromotors mit einer ersten Ausführungsvariante eines Elektronikmoduls;
- 2: eine zweite Ausführungsvariante des Elektronikmoduls;
- 3: eine dritte Ausführungsvariante des Elektronikmoduls;
- 4: eine schematische Darstellung der Herstellung von erfindungsgemäßen Elektronikmodulen bzw. Elektromotoren entsprechend den erfindungsgemäßen Verfahren.
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In der 1 ist in schematischer Ansicht eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Elektromotors 1 gezeigt. Der Elektromotor 1 umfasst einen Stator 2, einen Rotor 3 und ein Elektronikmodul 4, welches in seiner ersten Ausführungsvariante auch mit dem Bezugszeichen 4a bezeichnet ist. Das Elektronikmodul 4a umfasst eine Strombegrenzungsschaltung 5, einen Shunt 6 und eine Endstufe 7 mit Treibern 8, 9, 10. Der Shunt 6 kann bei der ersten Ausführungsvariante und bei allen weiteren Ausführungsvarianten optional auch durch mehrere und insbesondere durch drei Einzelshunts gebildet sein. Die Strombegrenzungsschaltung 5 umfasst einen einstellbaren Widerstand 11 und einen Komparator 12, wobei der einstellbare Widerstand 11 in seiner ersten Ausführungsvariante auch mit dem Bezugszeichen 11a bezeichnet ist. Der einstellbare Widerstand 11a ist auf einen auf den Elektromotor 1 abgestimmten Widerstandswert R11 eingestellt. An einem ersten Eingang 12a des Komparators 12 ist eine mittels des einstellbaren Widerstands 11a auf einen festgelegten Referenzwert RFW eingestellte Referenzspannung RFV angelegt und an einem zweiten Eingang 12b des Komparators 12 ist eine an dem Shunt 6 abfallende Shunt-Spannung SHV angelegt, welche durch die im Betrieb des Elektromotors 1 fließenden Wicklungsströme verursacht ist. Hierbei sind die Treiber 8, 9, 10 der Endstufe 7 solange über einen Ausgang 12c des Komparators 12 aktiv gehalten bis die Shunt-Spannung SHV die Referenzspannung RFV übersteigt. Der einstellbare Widerstand 11a umfasst eine Kommunikationsschnittstelle 13 an diese ist zur Einstellung des Widerstandswerts R11 des einstellbaren Widerstands 11a bei der Fertigung des Elektromotors 1 vorübergehend drahtlos oder drahtgebunden ein Eingabegerät 14 angeschlossen.
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In der 2 ist schematisch und in einer zweiten Ausführungsvariante ein weiteres Elektronikmodul 4 bzw. 4b gezeigt. Dieses unterscheidet sich von der ersten Ausführungsvariante dadurch, dass der einstellbare Widerstand 11 in einer zweiten Ausführungsvariante 11b ausgebildet ist. Hierbei ist der einstellbare Widerstand 11b als aufklebbarer Widerstand 11b ausgeführt. Das Elektronikmodul 4 bzw. 4b wird - wie dies durch einem nach oben weisenden Pfeil angedeutet ist - kurz vor der Montage des Elektronikmoduls 4 auf den Stator 2 (siehe 1) durch ein Aufkleben des Widerstands 11b auf zwei Kontaktflächen K4-1 und K4-2 des Elektronikmoduls 4b komplettiert und so auf den für den herzustellenden Elektromotor 1 vorgesehenen Widerstandswert R11 eingestellt wird. In der 2 sind hierfür zum Einsatz kommende Klebstoffmengen KST4-1 und KST4-2, welche elektrisch leitend sind, schematisch an dem Widerstand 11b angedeutet.
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In der 3 ist schematisch und in einer dritten Ausführungsvariante ein weiteres Elektronikmodul 4 bzw. 4c gezeigt. Dieses unterscheidet sich von der ersten und der zweiten Ausführungsvariante dadurch, dass der einstellbare Widerstand 11 in einer dritten Ausführungsvariante 11c ausgebildet ist. Hierbei ist der einstellbare Widerstand 11c als Laser-trimmbarer Widerstand 11c ausgeführt. Das Elektronikmodul 4c wird - wie dies durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist - dadurch komplettiert, dass mit einem Laserstrahl LS eines Lasers L der bereits bestückte Laser-trimmbare Widerstand 11c auf den für den herzustellenden Elektromotor 1 (siehe 1) vorgesehenen Widerstandswert R11 eingestellt wird.
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In der 4 ist in schematischer Darstellung die Herstellung von Elektronikmodulen 4 bzw. 4a, 4b, 4c bzw. die Herstellung von Elektromotoren 1 bzw. 101 entsprechend den erfindungsgemäßen Verfahren gezeigt.
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Aus der 4 geht hervor, dass der Montageablauf derart erfolgt, dass zunächst Stator 2 und Rotor 3 zu einer Rotor-Stator-Einheit 15 verbunden werden und dann die Rotor-Stator-Einheit 15 durch eines der Elektronikmodule 4 zu dem aus der 1 bekannten Elektromotor 1 oder dem Elektromotor 101 komplettiert wird.
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Durch einen derartigen Montageablauf ist es möglich, dass der einstellbare Widerstand 11 bzw. 11a erst kurz vor der Montage des Elektronikmoduls 4a auf den Stator 2 der Rotor-Stator-Einheit 15 durch das Eingabegerät 14 über die Schnittstelle 13 auf den z.B. für den Elektromotor 1 vorgesehenen Widerstandswert R11 eingestellt werden kann und so die Elektronikmodule entsprechend den Eigenschaften der jeweils zu komplettierenden Rotor-Stator-Einheit 15 produziert werden können. Getrennt durch strichpunktierte Linien ist dies in der 4 entsprechend auch für Elektronikmodule 4b und 4c schematisch angedeutet.
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Aus der 4 ist ersichtlich, dass zeitlich vor dem Elektromotor 1 mit dem einstellbaren Widerstand 11a mit dem Widerstandswert R11 als zweite Ausführungsvariante ein Elektromotor 101 hergestellt wurde, bei welchem ein einstellbarer Widerstand 111 individuell auf einen Widerstandswert R111 eingestellt wurde. Jedes Elektronikmodul 4 bildet eine Schutzschaltung zur Ausbildung eines Motorschutzes.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromotor
- 2
- Stator von 1
- 3
- Rotor von 1
- 4
- Elektronikmodul
- 4a
- Elektronikmodul (1. Ausfühungsvar.)
- 4b
- Elektronikmodul (2. Ausführungsvar.)
- 4c
- Elektronikmodul (3. Ausführungsvar.)
- 5
- Strombegrenzungsschaltung
- 6
- Shunt
- 7
- Endstufe
- 8, 9, 10
- Treiber
- 11
- einstellbarer Widerstand
- 11a
- einstellbarer Widerstand (1. Ausführungsvar.)
- 11b
- einstellbarer Widerstand (2. Ausführungsvar.)
- 11c
- einstellbarer Widerstand (3. Ausführungsvar.)
- 12
- Komparator
- 12a
- ersten Eingang von 12
- 12b
- zweiten Eingang von 12
- 12c
- Ausgang von 12
- 13
- Kommunikationsschnittstelle von 11
- 14
- Eingabegerät
- 15
- Rotor-Stator-Einheit
- 101
- Elektromotor
- 111
- einstellbarer Widerstand
- K4-1, K4-2
- Kontaktfläche auf 4
- KST4-1, KST4-2
- Klebstoffmenge
- L
- Laser
- LS
- Laserstrahl
- R6
- Widerstandswert von 6
- R11
- Widerstandswert von 11
- R111
- Widerstandswert von 111
- RFV
- Referenzspannung
- RFW
- Referenzwert
- SHV
- Shunt-Spannung
