DE102022123028A1

DE102022123028A1 - Elektromotoranordnung für einen Motor mit einem Antrieb

Info

Publication number: DE102022123028A1
Application number: DE102022123028.7A
Authority: DE
Inventors: Stefan Zöschg; Patrice Rollin; Dario Nanni; Fabrizio Robol; Lorenz Vorhauser
Original assignee: Danfoss Power Electronics AS
Current assignee: Danfoss Power Electronics AS
Priority date: 2022-09-09
Filing date: 2022-09-09
Publication date: 2024-03-14
Also published as: CN117691807A; US20240088760A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektromotoranordnung, umfassend einen Elektromotor, insbesondere einen servointegrierten Motor, eine Kapselung, die einen Motorantrieb, insbesondere einen Servoantrieb, zum Antreiben des Motors mit einem elektrischen Leitweg niedriger Impedanz enthält, der ein gestapeltes Leistungsmodul, eine Leistungsleiterplattenanordnung und einen Stromversorgungsanschluss umfasst.Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Elektromotoranordnung, umfassend einen Elektromotor und einen ersten und einen zweiten Kapselungsabschnitt, die einen Motorantrieb zum Antreiben des Motors enthalten, wobei der erste Kapselungsabschnitt, der zweite Kapselungsabschnitt und/oder der Motor durch mindestens eine thermisch isolierende Schicht thermisch voneinander getrennt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektromotoranordnung, umfassend einen Elektromotor, insbesondere einen servointegrierten Motor, eine Kapselung, die einen Motorantrieb, insbesondere einen Servoantrieb, zum Antreiben des Motors mit einem elektrischen Leitweg niedriger Impedanz enthält, der ein gestapeltes Leistungsmodul, eine Leistungsleiterplattenanordnung und einen Stromversorgungsanschluss umfasst. Die Elektromotoranordnung kann ein Servoantrieb sein.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Elektromotoranordnung, umfassend einen Elektromotor und einen ersten und einen zweiten Kapselungsabschnitt, die einen Motorantrieb zum Antreiben des Motors enthalten, wobei der erste Kapselungsabschnitt, der zweite Kapselungsabschnitt und/oder der Motor durch mindestens eine thermisch isolierende Schicht thermisch voneinander getrennt sind.
Elektromotoranordnungen umfassen einen Elektromotor und einen Motorantrieb zum Antreiben des Motors. Sie stellen kompakte und funktionelle Module für den Antrieb beliebiger Mechanismen bereit.
Die Entwicklung kleinerer und leistungsfähigerer Motorantriebe führt zu einer übermäßigen Wärmeentwicklung durch den Motorantrieb. Die Temperaturen der Motorantriebe können daher das zulässige Temperaturniveau überschreiten. Infolgedessen kann die Leistung der entsprechenden Elektromotoranordnung beeinträchtigt werden. Es können Probleme wie thermische Zerstörung oder Beschädigung des Antriebs oder anderer Komponenten der Elektromotoranordnung auftreten. Langfristig überhöhte Temperaturen können auch zu einer verkürzten Lebensdauer einzelner Komponenten im Motorantrieb führen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Elektromotoranordnung bereitzustellen, die das oben genannte Problem überwindet und einen sicheren Betrieb von kompakten und leistungsdichten Elektromotoranordnungen ermöglicht.
Dieses Ziel wird erreicht durch Elektromotoranordnungen gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung, die die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst, und einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, die die Merkmale des Anspruchs 16 umfasst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß Anspruch 1 umfasst eine Elektromotoranordnung einen Elektromotor, insbesondere einen integrierten Servomotor, eine Kapselung, die einen Motorantrieb, insbesondere einen Servoantrieb, zum Antreiben des Motors mit einem elektrischen Leitweg niedriger Impedanz enthält, der ein gestapeltes Leistungsmodul, eine Leistungsleiterplattenanordnung und einen Stromversorgungsanschluss umfasst.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Wärmeabgabe der Elektromotoranordnung gegenüber dem Stand der Technik deutlich zu reduzieren, derart, dass sie auf dem vorgegebenen, stark verkleinerten Raum untergebracht werden kann. Um die Wärmeabgabe zu verringern, kann die Impedanz des elektrischen Leitweges niedriger als 50 mOhm sein, insbesondere zwischen den einzelnen Leistungskomponenten. Der elektrische Leitweg kann dem elektrischen Weg zwischen einem Stromversorgungsanschluss und dem Motor und/oder Komponenten des Motorantriebs, wie dem gestapelten Leistungsmodul, entsprechen oder diesen umfassen.
Um den Weg niedriger Impedanz auf der Leiterplattenanordnung (engl. „Printed Circuit Board Arrangement“, PCBA) zu erhalten, können die einzelnen Komponenten vorzugsweise in so kurzen Abständen zueinander angeordnet werden, dass sich die Komponenten fast berühren. Ihre Abstände können weniger als z. B. 1 mm betragen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine hohe Leistungsdichte und kompakte Bauweise der Elektromotoranordnung.
Die Erfindung ermöglicht es, die Verluste innerhalb der Elektronik der Elektromotoranordnung, insbesondere des Motorantriebs, auf ein Minimum zu begrenzen. Die Merkmale des Motorantriebs können beliebige Komponenten, insbesondere elektronische Komponenten, umfassen, die für das Antreiben des Elektromotors erforderlich sind.
Außerdem ist es hilfreich, Schaltungen und Komponenten mit unterschiedlichen thermischen Eigenschaften voneinander zu trennen. Um Wärmeverluste und den Bedarf an Zwangskühlung so weit wie möglich zu reduzieren, können nicht nur hocheffiziente Schaltungen und Komponenten verwendet werden, wie z. B. SiC-, GaN- oder IGBT-Schalter, Kondensatoren mit niedrigem äquivalenten Serienwiderstand, sondern auch die Geometrie und die mechanische Anordnung der einzelnen Komponenten ist von Bedeutung.
Die vorliegende Erfindung bietet den Vorteil einer Elektromotoranordnung mit einer sehr kompakten Bauweise, die dazu beiträgt, unnötige Energieverluste zu reduzieren und ein sehr gutes Verhalten in Bezug auf EMV, thermische Eigenschaften und Energieeffizienz gewährleistet.
Außerdem ist die Elektronik der Elektromotoranordnung sehr leicht skalierbar, da die Platinen oder Leiterplattenanordnungen nach Funktionen unterteilt sind. Um eine größere Rahmengröße oder eine größere Elektromotoranordnung bereitzustellen, ist lediglich ein neues, d. h. größeres Leistungsteil mit einem entsprechenden Gehäuse oder einer entsprechenden Kapselung erforderlich.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthalten ein erster und ein zweiter Kapselungsabschnitt Komponenten des Antriebs, wobei der erste Kapselungsabschnitt, der zweite Kapselungsabschnitt und/oder der Motor durch mindestens eine thermisch isolierende Schicht thermisch voneinander getrennt sind. Eine höhere Anzahl von wärmeisolierenden Schichten kann zu einer besseren thermischen Trennung für jeden Kapselungsabschnitt führen. Die Kapselungsabschnitte können separate Gehäusekomponenten oder Schalen umfassen, die den Inhalt des jeweiligen Abschnitts schützen. Die thermisch isolierenden Schichten sorgen dafür, dass der Inhalt der jeweiligen Kapselungsabschnitte während des Betriebs problemlos und ohne nennenswerten zusätzlichen Kühlungsbedarf in unterschiedlichen Temperaturbereichen gehalten werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Motorkabel über einen Leiterplattenkabelverbinder elektrisch mit der Leistungsleiterplattenanordnung verbunden und/oder das gestapelte Leistungsmodul umfasst einen Wechselrichter zum Antreiben des Motors.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Stromversorgungsanschluss eine Buchse und einen Stecker. Jeder von der Buchse oder dem Stecker kann ein Eingangs- oder ein Ausgangsanschluss sein. Durch das Vorhandensein eines Steckers und einer Buchse wird sichergestellt, dass der Eingangs- und der Ausgangsstecker nicht von Personen, die an der Motoranordnung arbeiten, verwechselt werden. Die Buchse-/Steckeranordnung kann auch eine kaskadierte Kopplung mehrerer Motorantriebe in einem Netzwerk ermöglichen, was bidirektionale Datenkommunikation zwischen den Motorantrieben sowie die Stromversorgung jedes Motorantriebs erlaubt. Der Eingangs- und der Ausgangsstecker können Industrial-Steckverbinder sein.
Das Bereitstellen von Eingangs- und Ausgangssteckern in unmittelbarer Nähe zueinander und/oder deren Verlötung zur gleichen Leiterplatte sowie die räumliche Nähe des Leistungsmoduls und ggf. aller anderen relevanten Komponenten gewährleistet eine gute Wärmeabfuhr. Dadurch wird ein effektives Wärmemanagement erleichtert. Auch die Auswahl einer geeigneten Zwischenkreiskondensatortechnologie, wie Kondensatoren mit niedrigem Reihenersatzwiderstand und/oder Folienkondensatoren, ist für das Wärmemanagement der Vorrichtung von Bedeutung. Elektrolytkondensatoren verursachen beispielsweise mehr Verluste als Folienkondensatoren und erfordern eine zusätzliche Ausgleichsschaltung, die wiederum zusätzliche Verluste verursacht und die Leistung der Motoranordnung weiter verschlechtert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der erste Kapselungsabschnitt über den zweiten Kapselungsabschnitt mit dem Motor verbunden. Dadurch werden Möglichkeiten für eine Verbindung des Motors zum ersten Kapselungsabschnitt weiter reduziert. Dies stellt sicher, dass ein ausreichender Abstand zwischen dem potenziell heißen Motor und dem zweiten Kapselungsabschnitt, der Komponenten enthält, die bei niedrigeren Temperaturen als der Motor arbeiten, vorhanden ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Kapselungsabschnitt mit einem axialen Ende des Motors verbunden. Die axiale Richtung kann sich auf die Drehachse des Motors beziehen. Der zweite Kapselungsabschnitt kann an einem axialen Ende gegenüber einer Abtriebswelle des Motors bereitgestellt sein. Der zweite Kapselungsabschnitt kann ein Zwischenabschnitt sein, der zwischen dem Motor und dem ersten Kapselungsabschnitt liegt und den Motor vom ersten Kapselungsabschnitt trennt. Der zweite Kapselungsabschnitt kann die Komponenten der Leistungselektronik umfassen, z. B. die Motorantriebsschalter und/oder das gestapelte Leistungsmodul.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der erste Kapselungsabschnitt zumindest teilweise in einer radialen Richtung des Motors von diesem beabstandet. Die radiale Richtung kann sich auf die Drehachse des Motors beziehen, wobei die radiale Richtung senkrecht zur Drehachse verläuft. Aus der radialen und der axialen Richtung kann eine Umfangsrichtung abgeleitet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Spalt zwischen dem ersten Kapselungsabschnitt und dem Motor bereitgestellt. Der Spalt kann zumindest einen Abschnitt des ersten Kapselungsabschnitts vom Motor trennen. Der Spalt braucht keine strukturellen Komponenten der Motoranordnung enthalten, sondern kann mit der die Motoranordnung umgebenden Atmosphäre gefüllt sein. Ein Teil des Antriebs kann über den Motor hinausragen. Durch das Bereitstellen eines spezifischen Abstands zwischen Motor und Antrieb wird eine thermische Kopplung vermieden. Der Spalt kann vorzugsweise mehr als 1/3 der Länge des ersten Kapselungsabschnitts in der axialen Richtung betragen, um Wärmeübertragung vom zweiten Kapselungsabschnitt und dem Motor auf den ersten Kapselungsabschnitt zu verringern.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Leistungsleiterplattenanordnung im zweiten Kapselungsabschnitt und/oder eine Steuerungsleiterplattenanordnung im ersten Kapselungsabschnitt bereitgestellt, wobei vorzugsweise ein Wärmeleitpad zwischen mindestens einer Leiterplattenanordnung, insbesondere der Steuerungsleiterplattenanordnung, und dem ersten und/oder zweiten Kapselungsabschnitt bereitgestellt ist, und wobei vorzugsweise die Leistungsleiterplattenanordnung und die Steuerungsleiterplattenanordnung über einen mehrpoligen Verbinder, vorzugsweise in einem 90°-Winkel, miteinander verbunden sind.
Die Leistungsleiterplattenanordnung und die Steuerungsleiterplattenanordnung können die wichtigste wärmeableitende Komponente in ihrem jeweiligen Kapselungsabschnitt sein. Das Bereitstellen der Leiterplattenanordnungen in thermisch isolierten Kapselungsabschnitten stellt sicher, dass beide Leiterplattenanordnungen bei ihren unterschiedlichen maximalen oder idealen Betriebstemperaturen betrieben werden können, ohne dass eine wesentliche Zwangskühlung für eine der Leiterplattenanordnungen, z. B. über ein Gebläse und/oder einen Kühlkörper, erforderlich ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umschließen der erste und der zweite Kapselungsabschnitt ihren jeweiligen Innenraum vollständig. Die vollständige Umschließung bedeutet, dass keine Kühlluftöffnungen zur Kühlung des Inneren der Kapselungsabschnitte bereitgestellt werden müssen. Die Wärmeübertragung von der Innenseite der Kapselungsabschnitte nach außen kann im Wesentlichen oder ausschließlich über feste Strukturen der Kapselungsabschnitte und des Motors erfolgen, genauer gesagt über deren entsprechende Außenwände oder Verkleidungen.
Daher kann auf ein Gebläse und/oder einen Kühlkörper verzichtet werden, was andernfalls zu einer Verringerung der Schutzart des Gehäuses und/oder zu einer möglichen Verstopfung des Kühlkörpers mit entsprechend verringerter Kühlleistung führen würde.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der erste Kapselungsabschnitt, der zweite Kapselungsabschnitt und/oder ein Motorgehäuse des Motors aus einem metallischen Werkstoff hergestellt und/oder weisen ebene Außenflächen auf. Die ebene Außenfläche kann sich auf das völlige Fehlen von Kühlrippen beziehen. Die Außenflächen der Kapselungsabschnitte können sich daher parallel zu den Innenflächen der Kapselungsabschnitte über deren gesamte oder nahezu gesamte Oberfläche erstrecken. Die Oberflächen der Außenflächen der Kapselungsabschnitte können 100 % bis 150 %, vorzugsweise 100 % bis 125 % oder 100 % bis 110 %, der Oberflächen der Innenflächen der Kapselungsabschnitte entsprechen. Die Konstruktion der Motoranordnung kann daher erheblich vereinfacht und/oder ihre Größe verringert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die erste und/oder die zweite thermisch isolierende Schicht ein Kunststoffmaterial und/oder eine Dichtung. Die thermisch isolierenden Schichten können von den Kapselungen und dem Motor getrennt sein. Die thermisch isolierenden Schichten befinden sich zwischen den Kapselungen und dem Motor. Die isolierenden Schichten können zwischen den Kapselungen und/oder dem Motor geklemmt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Lufttasche ohne Zirkulation als vorzugsweise einziger Wärmeleiter zwischen dem Motorantrieb und dem ersten und/oder dem zweiten Kapselungsabschnitt und insbesondere zwischen der Leistungsleiterplattenanordnung und der zweiten Kapselung bereitgestellt. Zwischen einigen oder allen wärmeerzeugenden Komponenten des Motorantriebs und den Außenwänden des ersten und/oder des zweiten Kapselungsabschnitts kann kein anderes oder kein spezielles wärmeübertragendes Medium oder andere wärmeübetragende Komponenten als Luft bereitgestellt sein. Der Verzicht auf ein jegliches spezielles wärmeübertragendes Medium oder Komponenten verbessert die Wartungsfreundlichkeit und vereinfacht die Konstruktion der Motoranordnung. Die Komponenten des Antriebs können direkt durch Öffnen der Kapselung erreicht werden, ohne dass ein jegliches vorhandenes spezielles Wärmeträgermedium oder wärmeübetragende Komponenten entfernt werden müssen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der erste und/oder der zweite Kapselungsabschnitt eine Entlüftungsmembran zwischen der Innenseite und der Außenseite des ersten und/oder des zweiten Kapselungsabschnitts. Die Entlüftungsmembran stellt eine Verbindung zwischen der Innenseite und der Außenseite des ersten und/oder des zweiten Kapselungsabschnitts bereit, derart, dass Druckgradienten zwischen der Innenseite und der Außenseite des ersten und/oder des zweiten Kapselungsabschnitts reduziert oder begrenzt werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der Motor, der erste und/oder der zweite Kapselungsabschnitt mit Schrauben oder Befestigungselementen miteinander verschraubt und/oder die thermisch isolierende Schicht ist mit Schrauben innerhalb des ersten und/oder des zweiten Kapselungsabschnitts befestigt. Die Schrauben können durch entsprechende Löcher in die thermisch isolierenden Schichten eingeführt werden. Die Schrauben können den Motor, den ersten und/oder den zweiten Kapselungsabschnitt gegeneinander drücken, derart, dass die thermisch isolierende Schicht zusammengedrückt wird.
Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 16 wird eine Elektromotoranordnung bereitgestellt, die einen Elektromotor und einen ersten und einen zweiten Kapselungsabschnitt umfasst, die einen Motorantrieb zum Antreiben des Motors enthalten, wobei der erste Kapselungsabschnitt, der zweite Kapselungsabschnitt und/oder der Motor durch mindestens eine thermisch isolierende Schicht thermisch voneinander getrennt sind.
Um der hohen Kompaktheit und Leistungsdichte des Motorantriebs Rechnung zu tragen, ist es vorteilhaft, den Antrieb bzw. seine verschiedenen Komponenten in unterschiedliche thermische Sektoren zu unterteilen. Die Aufteilung der Komponenten kann z. B. von ihrer Funktion, Verlustleistung und/oder Temperaturstabilität abhängen.
Die thermische Trennung, d. h. thermisch isolierende Schicht, dient als Dichtungsvorrichtung zum Abdichten des Motorantriebs innerhalb der Kapselungsabschnitte gegen die Außenseite der Motoranordnung. Die Elektromotoranordnung kann somit eine Schutzart von z. B. IP 65 nach ISO 20653:2013-02 haben und keine weiteren Kühlrippen benötigen, derart, dass bei Bedarf hohe hygienische Anforderungen erfüllt werden können.
Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung sind drei verschiedene thermische Sektoren der Elektromotoranordnung bereitgestellt, die das Hauptgehäuse der Motoranordnung in drei verschiedene Bereiche, z. B. Gussteile, unterteilen: erstens einen Steuerteil bzw. thermischen Sektor mit den sensibelsten Komponenten und damit niedrigsten zulässigen Betriebstemperaturen, zweitens einen Hauptkreisteil mit mittleren oder hohen Betriebstemperaturen und drittens einen Motorteil mit höchsten Betriebstemperaturen.
Bei der Unterteilung der Gussflächen des Elektromotorantriebs bzw. des Elektromotors und der ersten und der zweiten Kapselungsabschnitte in drei verschiedene, trennbare Teile bzw. thermische Sektoren wird gemäß der Erfindung eine entsprechende Abdichtung zwischen den Teilen bereitgestellt. Die Erfindung stellt eine thermische Trennung oder einen „Trenner“ zwischen den drei verschiedenen Teilen bereit, die gleichzeitig als Dichtungen dienen.
Ein großer Vorteil dieses Aspekts der Erfindung besteht darin, dass Komponenten mit unterschiedlichen Betriebstemperaturbereichen problemlos in derselben Elektromotoranordnung kombiniert werden können, wenn auch in verschiedenen trennbaren Teilen. So können beispielsweise temperaturempfindliche Komponenten in einem ersten Teil, robuste Niedrigtemperaturkomponenten in einem zweiten Teil und Hochtemperaturkomponenten in einem dritten Teil untergebracht werden.
Außerdem werden die Teile mit der größten Verlustleistung von den anderen Teilen getrennt. Gleichzeitig verfügen alle Teile über eine ausreichende Außenfläche, um die entstehende Wärme an die Außenseite der Elektromotoranordnung abzuleiten.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Leistungsleiterplattenanordnung im zweiten Kapselungsabschnitt und/oder eine Steuerungsleiterplattenanordnung im ersten Kapselungsabschnitt bereitgestellt, wobei vorzugsweise ein Wärmeleitpad zwischen mindestens einer Leiterplattenanordnung und dem ersten und/oder dem zweiten Kapselungsabschnitt bereitgestellt ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Lufttasche ohne Zirkulation als vorzugsweise einziger Wärmeleiter zwischen dem Motorantrieb und dem ersten und/oder dem zweiten Kapselungsabschnitt bereitgestellt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entspricht die Elektromotoranordnung, insbesondere ein Servoantrieb, den Normen WEEE 2012/19/EU (Richtlinie 2012/19/EU des Europäischen Parlaments und des Rates vom 4. Juli 2012 über Elektro- und Elektronik-Altgeräte (WEEE) konsolidierte Fassung: 04/07/2018), EN 50419:2006, ESG und/oder IEC 60529 - I P65.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der Motor, der erste Kapselungsabschnitt, die Steuerungsleiterplattenanordnung, der zweite Kapselungsabschnitt und/oder die Leistungsleiterplattenanordnung von der Elektromotorantriebsanordnung abnehmbar. Dies erleichtert die Wartung und den Austausch von Komponenten.
Der Verzicht auf ein jegliches spezielles wärmeübetragendes Medium gewährleistet eine bessere Erfüllung der WEEE 2012/19/EU-Richtlinie (Elektro- und Elektronik-Altgeräte), da die Teile leicht demontiert und entsorgt werden können.
Die Motorantriebsanordnung wurde spezifisch entwickelt, um die ESG-Vorgaben (Umwelt, Soziales und Unternehmensführung) für Produkte zu erfüllen. Dies betrifft die Verringerung der Energieverluste in den elektronischen Komponenten, die Verschrottung/Entsorgung des Produkts am Ende seiner Lebensdauer durch Trennung/Demontage in Einzelteile und die Möglichkeit, einzelne Teile der Motorantriebsanordnung zu ersetzen und die Verschrottung der gesamten Einheit zu vermeiden. Ein defekter Motor kann ersetzt werden, indem er von der Motorantriebsanordnung abgeschraubt wird oder indem eine defekte Leistungsleiterplattenanordnung durch eine funktionierende Leistungsleiterplattenanordnung ersetzt wird.
Die Motorantriebsanordnung umfasst die Möglichkeit, etwa die Steuerungsleiterplattenanordnung von der Motorantriebsanordnung zu demontieren, um sie durch eine andere Art von Steuerungsleiterplattenanordnung zu ersetzen, die neue Funktionen beinhaltet, z. B. zukünftige Netzwerkprotokolle, schnellere Netzwerkgeschwindigkeiten, geringere Energieverluste. Sie kann auch den Austausch der Leistungsleiterplattenanordnung, z. B. durch eine andere Art mit verbesserten PWM-Schaltgeschwindigkeiten und geringeren Energieverlusten, umfassen. Sie kann auch den Austausch des Motors gegen eine andere Art von Motor mit anderen Eigenschaften umfassen, z. B. höheres Drehmoment, geringere Energieverluste oder Austausch von verschlissenen Lagern des Motors.
Alle Merkmale der zwei Aspekte der Erfindung können auf jede beliebige logisch machbare Weise und im Umfang der Erfindung miteinander kombiniert werden. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschrieben. Die Figuren offenbaren Merkmale, die beide Aspekte der Erfindung betreffen können. Die Figuren zeigen:

1: eine erste Gesamtansicht der Elektromotoranordnung;
2: eine zweite Ansicht der Komponenten der Elektromotoranordnung;
3: eine dritte Ansicht der Komponenten der Elektromotoranordnung;
4: eine vierte Ansicht der Komponenten der Elektromotoranordnung;
5: eine fünfte Ansicht der Komponenten der Elektromotoranordnung;
6: eine sechste Ansicht der Komponenten der Elektromotoranordnung;
7: eine siebte Ansicht der Komponenten der Elektromotoranordnung;
8: eine achte Gesamtansicht der Elektromotoranordnung;
9: eine neunte Ansicht der Komponenten der Elektromotoranordnung; und
10: eine zehnte Gesamtansicht der Elektromotoranordnung.

1 zeigt eine erste Gesamtansicht der Elektromotoranordnung 1. Die Elektromotoranordnung 1 gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst einen Elektromotor 4, der ein servointegrierter Motor 4 sein kann. Der Motor 4 umfasst ein Motorgehäuse 41 und ist mit mindestens einer Kapselung 2, 3 gekoppelt. In der Ausführungsform von 1 sind eine erste und eine zweite Kapselung 2, 3 dargestellt, die einen Motorantrieb 30 zum Antreiben des Motors 4 enthalten. Der Motorantrieb 30 kann beliebige Komponenten umfassen, die für den Antrieb des Elektromotors 4 erforderlich sind.
Der Motorantrieb 30 umfasst ferner einen Stromversorgungsanschluss 7, 8, der Teil des elektrischen Leitweges niedriger Impedanz zwischen dem Stromversorgungsanschluss 7, 8, einem gestapelten Leistungsmodul 9 und einer Leistungsleiterplattenanordnung 11 ist, wie z. B. in 3 dargestellt. Der Stromversorgungsanschluss 7, 8 kann am gegenüberliegenden Ende einer Abtriebswelle 42 des Motors 4 bereitgestellt werden. Der Stromversorgungsanschluss 7, 8 kann parallel zur Drehachse des Motors 4 ausgerichtet sein. Der Begriff Stromversorgungsanschluss 7, 8 kann sich auf ein, zwei oder mehrere getrennte Stromversorgungsanschlusskomponenten 7, 8 beziehen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Wärmeabgabe der Elektromotoranordnung 1 deutlich zu reduzieren. Insbesondere der elektrische Leitweg niedriger Impedanz ermöglicht es, die Wärmeabgabe auf dem vorgegebenen, stark reduzierten Raum der Motoranordnung 1 zu bewältigen. Um die Wärmeabgabe zu verringern, kann die Impedanz des elektrischen Leitweges kleiner als 50 mOhm sein. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine hohe Leistungsdichte und eine kompakte Bauweise der Elektromotoranordnung 1, ohne dass zusätzliche Kühlvorrichtungen, Kühlrippen, Kühlkörper, Lüftungsschlitze und/oder Gebläse erforderlich sind.
Die Erfindung ermöglicht es, die Verluste innerhalb der Elektronik der Elektromotoranordnung 1, insbesondere des Motorantriebs 30, auf ein Minimum zu begrenzen. Die Merkmale des Motorantriebs 30 können alle Komponenten, insbesondere elektronische Komponenten, umfassen, die für das Antreiben des Elektromotors 4 erforderlich sind.
Wie in 1 angedeutet, können Schaltungen und Komponenten mit unterschiedlichen thermischen Eigenschaften in einer der beiden Kapselungen 2, 3 bereitgestellt und somit räumlich und thermisch voneinander getrennt werden. Um die Wärmeverluste so weit wie möglich zu reduzieren, können nicht nur hocheffiziente Schaltungen und Komponenten verwendet werden, sondern auch die Geometrie und die mechanische Anordnung der einzelnen Komponenten ist von Bedeutung. Insbesondere können wärmetolerante Komponenten in der Nähe von Hochtemperaturkomponenten angeordnet sein, während wärmeempfindliche Komponenten weiter von Hochtemperaturkomponenten entfernt angeordnet sein können.
Die vorliegende Erfindung bietet den Vorteil einer sehr kompakten Bauweise, die dazu beiträgt, unnötige Verluste zu reduzieren und ein sehr gutes Verhalten in Bezug auf EMV, thermische Eigenschaften und Effizienz gewährleistet. Die zwei Kapselungen 2, 3 können in der Nähe und/oder in direktem Kontakt mit dem Motor 4 angeordnet werden, derart, dass die gesamte Elektromotoranordnung 1 als kompakte und starre Komponente ausgebildet ist.
Außerdem ist die Elektronik der Elektromotoranordnung sehr leicht skalierbar, da die Platinen oder Leiterplattenanordnungen nach Funktionen unterteilt sind. Um eine größere Rahmengröße oder eine größere Elektromotoranordnung 1 bereitzustellen, ist lediglich ein neues, d. h. größeres Leistungsteil mit einem entsprechenden Gehäuse oder einer entsprechenden Kapselung 2, 3 erforderlich.
Der erste Kapselungsabschnitt 2, der zweite Kapselungsabschnitt 3 und der Motor 4 sind durch zwei thermisch isolierende Schichten 5, 6 thermisch voneinander getrennt. Die thermisch isolierenden Schichten 5, 6 sind als schmale Streifen zwischen den Kapselungsabschnitten 2, 3 und dem Motor 4 dargestellt. Bei den thermisch isolierenden Schichten 5, 6 kann es sich um ebene und/oder flache Strukturen handeln, die sich zwischen den gegenüberliegenden Kontaktabschnitten der Kapselungsabschnitte 2, 3 und/oder des Motors 4 erstrecken und diese berühren.
Die Kapselungsabschnitte 2, 3 umfassen getrennte Gehäusekomponenten oder Schalen, die den Inhalt des jeweiligen Kapselungsabschnitts 2, 3 schützen. Die thermisch isolierenden Schichten 5, 6 sorgen dafür, dass der Inhalt der jeweiligen Kapselungsabschnitte 2, 3 während des Betriebs und ohne nennenswerten zusätzlichen Kühlungsbedarf in unterschiedlichen Temperaturbereichen gehalten werden kann. Darüber hinaus dienen die thermisch isolierenden Schichten 5, 6 als Dichtungen zum Verhindern des Eindringens von Partikeln wie etwa Schmutzpartikeln in die Kapselungsabschnitte 2, 3 und damit in den Motorantrieb 30.
Der Stromversorgungsanschluss 7, 8 ist für den Anschluss der Elektromotoranordnung 1 an eine elektrische Stromquelle bereitgestellt. Der Stromversorgungsanschluss 7, 8 umfasst eine Stromversorgungsbuchse 7 und einen Stromversorgungsstecker 8. Jeder von der Buchse oder dem Stecker 7, 8 kann ein Eingangs- oder ein Ausgangsanschluss 7, 8 sein. Durch das Vorhandensein eines Steckers und einer Buchse 7, 8 wird sichergestellt, dass der Eingangs- und der Ausgangsstecker 7, 8 nicht von Personen, die an der Motoranordnung arbeiten, verwechselt werden. Der Stromversorgungsanschluss 7, 8 kann parallel zu einer Abtriebswelle 42 des Motors 4 angeordnet sein. Er kann am zweiten Kapselungsabschnitt 3 auf der dem Motor 4 gegenüberliegenden Seite bereitgestellt sein. Er kann vorstehende und/oder zumindest teilweise zylindrische Strukturen umfassen. Die Buchse und/oder der Stecker 7, 8 können auch eine kaskadierte Kopplung mehrerer Motorantriebe 30 in einem Netzwerk ermöglichen, was eine bidirektionale Datenkommunikation zwischen den Motorantrieben 30 sowie die Stromversorgung der einzelnen Motorantriebe 30 erlaubt.
Der Eingangs- und der Ausgangsanschluss 7, 8 sind nahe beieinander bereitgestellt, wobei der Außendurchmesser des Eingangs- und des Ausgangsanschlusses 7, 8 größer sein kann als der Abstand zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsanschluss 7, 8. Sie können an dieselbe Leiterplattenanordnung 11 gelötet werden, die in 4 dargestellt ist. Sie können unterhalb der Achse der Abtriebswelle 42 angeordnet sein, während der erste Kapselungsabschnitt 2 oberhalb der Achse der Abtriebswelle 42 bereitgestellt ist.
An einem oberen Abschnitt des ersten Kapselungsabschnitts 2 ist eine Entlüftungsmembran 13 bereitgestellt. Die Entlüftungsmembran 13 kann an einer dem Motor 4 gegenüberliegenden Oberseite des ersten Kapselungsabschnitts 2 bereitgestellt werden. Ein Loch im ersten Kapselungsabschnitt 2 kann zumindest teilweise von der Entlüftungsmembran 13 bedeckt sein.
Die Entlüftungsmembran 13 ist zwischen der Innenseite und der Außenseite des ersten Kapselungsabschnitts 2 bereitgestellt. Die Entlüftungsmembran 13 stellt eine verschließbare Verbindung zwischen der Innenseite und der Außenseite des ersten Kapselungsabschnitts 2 bereit, derart, dass Druckgradienten zwischen der Innenseite und der Außenseite des ersten Kapselungsabschnitts 2 reduziert oder begrenzt werden können. Die Entlüftungsmembran 13 erhöht den IP-Schutz weiter, verringert die Belastung der Dichtungen und erhöht somit deren Lebensdauer und verringert auch die Feuchtigkeits- und Kondensationsprobleme der Vorrichtung. Alternativ kann auch eine Entlüftungsmembran 13 am zweiten Kapselungsabschnitt 3 bereitgestellt werden.
Der erste Kapselungsabschnitt 2 ist über den zweiten Kapselungsabschnitt 3 mit dem Motor 4 verbunden. Daher gibt es keine direkte Verbindung zwischen dem Motor 4 und dem ersten Kapselungsabschnitt 2. Dadurch wird sichergestellt, dass eine ausreichende Entfernung, ein ausreichender Abstand und/oder eine thermische Isolierung zwischen dem potenziell heißen Motor 4 und dem ersten Kapselungsabschnitt 2 bereitgestellt ist, der Komponenten enthält, die bei niedrigeren Temperaturen als der Motor 4 betrieben werden. Die maximale Ausdehnung des ersten Kapselungsabschnitts 2 in axialer Richtung ist gleich der maximalen Ausdehnung des zweiten Kapselungsabschnitts 3. Der erste Kapselungsabschnitt 2 und der zweite Kapselungsabschnitt 3 umfassen zusammenpassende Kontaktflächen, die durch die erste thermisch isolierende Schicht 5 voneinander getrennt sind. Die Kontaktflächen können einen identischen Außenumfang aufweisen.
Der zweite Kapselungsabschnitt 3 ist mit einem axialen Ende des Motors 4 verbunden, das seiner Abtriebswelle 42 gegenüberliegt. Der zweite Kapselungsabschnitt 3 ist ein Zwischenabschnitt, der zwischen dem Motor 4 und dem ersten Kapselungsabschnitt 2 angeordnet ist und den Motor 4 vom ersten Kapselungsabschnitt 2 trennt.
Der erste und der zweite Kapselungsabschnitt 2, 3 umschließen ihr jeweiliges Inneres vollständig, mit Ausnahme der Entlüftungsmembran 13, die eine begrenzte Verbindung zwischen dem Inneren der Kapselungsabschnitte 2, 3 und ihrem Äußeren bereitstellt.
Die vollständige Umschließung bedeutet, dass keine Kühlluftöffnungen zur Kühlung des Inneren der Kapselungsabschnitte 2, 3 bereitgestellt werden. Die Wärmeübertragung von der Innenseite der Kapselungsabschnitte 2, 3 nach außen kann im Wesentlichen oder ausschließlich über feste Strukturen der Kapselungsabschnitte 2, 3 und des Motors 4 erfolgen, genauer gesagt über deren entsprechende Außenwände oder Verkleidungen.
Der erste Kapselungsabschnitt 2, der zweite Kapselungsabschnitt 3 und/oder das Motorgehäuse 41 des Motors 4 aus einem metallischen Werkstoff hergestellt und/oder weisen zumindest teilweise ebene Außenflächen auf. Die ebene Außenfläche kann sich auf das vollständige oder nahezu vollständige Fehlen von Kühlrippen beziehen. Die Konstruktion der Motoranordnung 1 kann daher wesentlich vereinfacht und/oder ihre Größe verringert werden.
Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst die Elektromotoranordnung 1 den Elektromotor 4 sowie einen ersten und einen zweiten Kapselungsabschnitt 2, 3, die den Motorantrieb 30 zum Antreiben des Motors 4 enthalten. Der erste Kapselungsabschnitt 2, der zweite Kapselungsabschnitt 3 und/oder der Motor 4 sind durch mindestens eine thermisch isolierende Schicht 5, 6 thermisch voneinander getrennt. In der Ausführungsform von 1 sind alle drei Komponenten, d. h. der erste Kapselungsabschnitt 2, der zweite Kapselungsabschnitt 3 und der Motor 4, durch die erste und die zweite thermisch isolierende Schicht 5, 6 thermisch voneinander getrennt. Die thermische Trennung, z. B. die thermisch isolierenden Schichten 5, 6, dienen gleichzeitig als Dichtungsvorrichtungen zum Abdichten des Motorantriebs 30 innerhalb der Kapselungsabschnitte 2, 3 gegen die Außenseite der Motoranordnung 1. Die vorstehend beschriebenen Merkmale des ersten und des zweiten Aspekts der Erfindung können auf jede beliebige logisch mögliche Weise miteinander kombiniert werden, wobei sie im Umfang der vorliegenden Erfindung bleiben.
Um der hohen Kompaktheit und Leistungsdichte des Motorantriebs 30 Rechnung zu tragen, ist es vorteilhaft, den Antrieb 30 bzw. die verschiedenen Komponenten der Motoranordnung 1 in verschiedene thermische Sektoren zu unterteilen. Der Motor 4 und der erste und der zweite Kapselungsabschnitt 2, 3 können jeweils als ein anderer thermischer Sektor der Motoranordnung 1 betrachtet werden.
Die Aufteilung der Komponenten kann z. B. von ihrer Funktion, Verlustleistung und/oder Temperaturstabilität abhängen. In der hier beschriebenen Ausführungsform sind der Motor 4 und der erste Kapselungsabschnitt 2 über den zweiten Kapselungsabschnitt 3 miteinander gekoppelt. Das bedeutet, dass es keine direkte Verbindung zwischen dem Motor 4 und dem ersten Kapselungsabschnitt 2 gibt.
Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung unterteilen die drei verschiedenen thermischen Sektoren der Elektromotoranordnung 1 ein Hauptgehäuse, z. B. ein Gussteil, in drei verschiedene Bereiche: erstens einen Steuerteil bzw. thermischen Sektor mit den sensibelsten Komponenten, insbesondere des Motorantriebs 30, und damit niedrigsten zulässigen Betriebstemperaturen, zweitens einen Hauptkreisteil, insbesondere des Motorantriebs 30, mit mittleren oder hohen Betriebstemperaturen und drittens einen Motorteil 4 mit höchsten Betriebstemperaturen des Elektromotors 4.
Bei der Unterteilung der Gussflächen der Elektromotoranordnung 1 bzw. des Elektromotors 4 und des ersten und des zweiten Kapselungsabschnitts 2, 3 in drei verschiedene, trennbare Teile oder thermische Sektoren wird eine entsprechende Abdichtung zwischen den Teilen in Form der thermisch isolierenden Schichten 5, 6 bereitgestellt.
Ein großer Vorteil dieses Aspekts der Erfindung besteht darin, dass Komponenten mit unterschiedlichen Betriebstemperaturbereichen problemlos in derselben Elektromotoranordnung 1 kombiniert werden können, wenn auch in verschiedenen trennbaren Teilen. So können beispielsweise temperaturempfindliche Komponenten in einem ersten Teil, robuste Niedrigtemperaturkomponenten in einem zweiten Teil und Hochtemperaturkomponenten in einem dritten Teil untergebracht werden.
Außerdem können Teile mit der höchsten Verlustleistung, wie etwa der Elektromotor 4, von anderen Teilen des Elektromotorantriebs 1 getrennt werden. Gleichzeitig verfügen alle Teile des Elektromotorantriebs 1 über eine ausreichend große Außenfläche, um die jeweils entstehende Wärme an die Außenseite de Elektromotoranordnung 1 abzugeben.
2 zeigt eine zweite Ansicht der Komponenten der Elektromotoranordnung 1. Ein Motorkabel 19 ist über einen Leiterplattenkabelverbinder 20 elektrisch mit einer Leistungsleiterplattenanordnung 11 der Motoranordnung 1 verbunden.
3 zeigt eine dritte Ansicht der Komponenten der Elektromotoranordnung 1. Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst der in 1 dargestellte Motorantrieb 30 einen elektrischen Leitweg niedriger Impedanz mit einem gestapelten Leistungsmodul 9 und einer Leistungsleiterplattenanordnung 11, die innerhalb der Kapselung 2, 3 des in 1 dargestellten Motorantriebs 30 bereitgestellt ist. Das gestapelte Leistungsmodul 9 kann einen Wechselrichter für den Antrieb des Motors 4 umfassen. Die Stromversorgungsanschlüsse 7, 8 sind in unmittelbarer Nähe und unterhalb des gestapelten Leistungsmoduls 9 dargestellt. Die Stromversorgungsanschlüsse 7, 8 sind Teil des elektrischen Leitweges niedriger Impedanz.
Das Motorkabel 19 ist auf der gegenüberliegenden Seite des gestapelten Leistungsmoduls 9 in Bezug auf die Stromversorgungsanschlüsse 7, 8 angeordnet. Die Leistungsleiterplattenanordnung 11 kann sich vom gestapelten Leistungsmodul 9 oder den Stromversorgungsanschlüssen 7, 8 bis zu einer Ebene oberhalb des Motorkabels 19 erstrecken.
Der Motor 4, der erste und/oder der zweite Kapselungsabschnitt 2, 3, die in 1 ausführlicher dargestellt sind, werden mit Schrauben 10 miteinander verschraubt. Die Schrauben 10 für die Verbindung der zweiten Kapselung 3 mit dem Motor 4 können parallel zu den Stromversorgungsanschlüssen 7, 8 ausgerichtet sein. Die Schrauben 10 zur Verbindung der ersten Kapselung 2 mit der zweiten Kapselung 3 können senkrecht zu den Stromversorgungsanschlüssen 7, 8 und/oder zu den Schrauben 10 zur Verbindung der zweiten Kapselung 3 mit dem Motor 4 angeordnet sein.
Die thermisch isolierenden Schichten 5, 6 können mit denselben Schrauben 10 innerhalb des ersten und/oder des zweiten Kapselungsabschnitts 2, 3 befestigt werden. Die Schrauben 10 können durch entsprechende Löcher in die thermisch isolierenden Schichten 5, 6 eingeführt werden. Die thermisch isolierenden Schichten 5, 6 können weitere Löcher umfassen, um Komponenten des ersten und des zweiten Kapselungsabschnitts 2, 3 miteinander zu verbinden.
4 ist eine vierte Ansicht, teilweise in Explosionsdarstellung, der Komponenten der Elektromotoranordnung 1. Die Leistungsleiterplattenanordnung 11 ist im zweiten Kapselungsabschnitt 3 bereitgestellt, während die Steuerungsleiterplattenanordnung 12 im ersten Kapselungsabschnitt 2 bereitgestellt ist. Die Leistungsleiterplattenanordnung 11 und die Steuerungsleiterplattenanordnung 12 sind über einen mehrpoligen Verbinder 26 miteinander verbunden, vorzugsweise in einem Winkel von 90°. Schrauben 10 zur Verbindung des ersten und des zweiten Kapselungsabschnitts 2, 3 erstrecken sich in der Darstellung in der gleichen Richtung wie der mehrpolige Verbinder 26.
Die Leistungsleiterplattenanordnung 11 und die Steuerungsleiterplattenanordnung 12 können die wichtigste wärmeableitende Komponente in ihrem jeweiligen Kapselungsabschnitt 3, 2 sein. Das Bereitstellen der Leiterplattenanordnungen 11, 12 in thermisch isolierten Kapselungsabschnitten 3, 2 stellt sicher, dass beide Leiterplattenanordnungen 11, 12 bei ihren unterschiedlichen Betriebstemperaturen betrieben werden können, ohne dass eine wesentliche zusätzliche Kühlung für eine der Leiterplattenanordnungen 11, 12 erforderlich ist.
5 ist eine fünfte Ansicht der Komponenten der Elektromotoranordnung 1. Der erste und der zweite Kapselungsabschnitt 2, 3 sind in 5 und in weiteren Figuren nicht dargestellt, damit ihr jeweiliger Inhalt gezeigt werden kann. Der erste und der zweite Kapselungsabschnitt 2, 3 sind nur durch Pfeile gekennzeichnet, die allgemein in die jeweilige Richtung zeigen.
5 und weiter Figuren zeigen daher relevante Innenteile des Motorantriebs 30 ohne seine äußeren Kapselungsabschnitte 2, 3. Die inneren Komponenten des Motorantriebs 30 sind teilweise oder vollständig von Luft umgeben, insbesondere von einer Lufttasche ohne Zirkulation innerhalb des ersten und des zweiten Kapselungsabschnitts 2, 3.
Diese Lufttasche kann der einzige Wärmeleiter zwischen den internen Komponenten des Motorantriebs 30 und seinem Außengehäuse, d. h. dem ersten und dem zweiten Kapselungsabschnitt 2, 3, sein. Dies gilt insbesondere für die wichtigsten wärmeerzeugenden Komponenten des Motorantriebs 30, wie z. B. die Leistungsleiterplattenanordnung 11 innerhalb ihrer zweiten Kapselung 3.
Zwischen einigen oder allen internen wärmeerzeugenden Komponenten des Motorantriebs 30 und den Wänden des ersten und/oder des zweiten Kapselungsabschnitts 2, 3 kann kein weiteres und/oder kein spezielles wärmeübertragendes Medium oder andere derartige Komponenten als Luft bereitgestellt sein. Der Verzicht auf ein jegliches spezielles wärmeübertragendes Medium oder derartige Komponenten verbessert die Wartungsfreundlichkeit und der Motoranordnung 1. Die Komponenten des Motorantriebs 30 können direkt durch Öffnen der Kapselung 2, 3 erreicht werden, ohne dass ein vorhandenes spezielles Wärmeträgermedium oder wärmeübetragende Komponenten entfernt werden müssen.
In der Ausführungsform von 5 ist zwischen der Steuerungsleiterplattenanordnung 12 und dem ersten Kapselungsabschnitt 2 ein Wärmeleitpad 24 bereitgestellt. Das Wärmeleitpad 24 kann eine erhöhte Wärmeübertragungsfähigkeit zwischen der Steuerungsleiterplattenanordnung 12, dem ersten Kapselungsabschnitt 2 und der Außenseite des Motorantriebs 30 bereitstellen.
Die Entlüftungsmembran 13, die an einem oberen Abschnitt des ersten Kapselungsabschnitts 2 bereitgestellt ist, ist ausführlicher dargestellt. Die Entlüftungsmembran 13 verbindet das Innere des Motorantriebs 30 mit seinem Äußeren. Sie kann neben einem Etikett 16 angeordnet werden, das an einer äußeren oder nahe einer inneren Oberfläche des ersten Kapselungsabschnitts 2 bereitgestellt ist. Die thermisch isolierende Schicht 5 bildet die Grenze zwischen den beiden Kapselungen 2, 3 des Motorantriebs 30.
Gemäß einer Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung ist die Leistungsleiterplattenanordnung 11 im zweiten Kapselungsabschnitt 3 und/oder die Steuerungsleiterplattenanordnung 12 im ersten Kapselungsabschnitt 2 bereitgestellt.
6 zeigt eine sechste Ansicht der Komponenten der Elektromotoranordnung 1. Die erste und die zweite thermisch isolierende Schicht 5, 6 sind in ihrer Position zwischen dem ersten und dem zweiten Kapselungsabschnitt 2, 3 bzw. dem Motor 4 dargestellt. Die erste thermisch isolierende Schicht 5 umfasst zwei ebene Teile 51, 52, die parallel zueinander angeordnet sind und durch einen schrägen Abschnitt 53 voneinander getrennt sind. Der erste ebene Abschnitt 51 ist weiter von der Drehachse des Motors 4 entfernt als der zweite ebene Abschnitt 52. Die zweite thermisch isolierende Schicht 6 ist senkrecht zu den zwei ebenen Abschnitten 51, 52 der ersten thermisch isolierenden Schicht 5 angeordnet.
Der erste Kapselungsabschnitt 2 ist aus seiner Einbauposition herausgehoben dargestellt. In der Einbauposition des Kapselungsabschnitts 2 wird der Kapselungsabschnitt 2 durch Schrauben 10 gehalten und drückt gegen die erste thermisch isolierende Schicht 5.
7 zeigt eine siebte Ansicht der Komponenten der Elektromotoranordnung 1. Die Steuerungsleiterplattenanordnung 12 ist über einen Ethernet- oder Industrial-Steckverbinder 14, eine entsprechende Steckerkupplung 14a und ein mehradriges Kabel 15 mit mindestens einem der Stromversorgungsanschlüsse 7, 8 verbunden.
8 zeigt eine achte Gesamtansicht der Elektromotoranordnung 1. Zwischen dem ersten Niedertemperaturkapselungsabschnitt 2 und dem Motor 4 mit hoher Temperatur sind eine freie Höhe 17 und eine freie Länge 18 dargestellt. Der entsprechende Spalt zwischen dem ersten Kapselungsabschnitt 2 und dem Motor 4 mit hoher Temperatur sorgt dafür, dass Wärmeübertragung vom Motor 4 zum ersten Kapselungsabschnitt 2 auf ein gewünschtes Maß minimiert wird, während gleichzeitig die Wärmeübertragung weg vom ersten Kapselungsabschnitt 2 erhöht wird. Der Spalt trennt den ersten Kapselungsabschnitt 2 zumindest teilweise in einer radialen Richtung des Motors 4 vom Motor 4.
Der Spalt trennt zumindest einen Abschnitt des ersten Kapselungsabschnitts 2 vom Motor 4. Der Spalt darf keine strukturellen Komponenten der Motoranordnung 1 enthalten, sondern kann mit der die Motoranordnung 1 umgebenden Atmosphäre gefüllt sein. Ein Teil des Motorantriebs 30 kann daher über den Motor 4 hinausragen. Durch das Bereitstellen eines spezifischen Spaltes zwischen Motor 4 und Antrieb 30 wird eine nachteilige thermische Kopplung des Motors 4 und des Motorantriebs 30 vermieden.
9 zeigt eine neunte Ansicht der Komponenten der Elektromotoranordnung 1. Ein Sicherungsstift 21 der zweiten thermisch isolierenden Schicht 6 ist dargestellt, der die zweite thermisch isolierende Schicht 6 in ihrer Position in Bezug auf den zweiten Kapselungsabschnitt 3 hält. Der zweite Kapselungsabschnitt 3 ist in 9 nicht sichtbar, nur sein Inhalt ist zur besseren Übersichtlichkeit dargestellt. Sicherungsstifte 21 können zwischen einer der thermisch isolierenden Schichten 5, 6 auf der einen Seite und einer angrenzenden Struktur, z. B. den Kapselungsabschnitten 2, 3 und/oder dem Motor 4 auf der anderen Seite, bereitgestellt werden. Es kann eine beliebige Anzahl von Sicherungsstiften 21 bereitgestellt werden. Die Sicherungsstifte 21 können eine Einrastverbindung zwischen den thermisch isolierenden Schichten 5, 6 und ihrer jeweiligen angrenzenden Struktur umfassen.
10 zeigt eine zehnte Rückansicht der Elektromotoranordnung 1. Die Kapselungsabschnitte 2, 3 sind in ihrem Einbauzustand dargestellt, wobei die thermisch isolierenden Schichten 5, 6 fest zwischen den Kapselungsabschnitten 2, 3 und dem Motor 4 bereitgestellt sind. PG-Verlängerungskappen 22 nach DIN 40430 sind an einer Rückseite des ersten Kapselungsabschnitts 2 parallel zu den Stromversorgungsanschlüssen 7, 8 bereitgestellt. Der zweite Kapselungsabschnitt 3 umfasst eine weitere Anschlussvertiefung 23 zum einfachen Anschluss von Kabeln an die Stromversorgungsanschlüsse 7, 8.
Bezugsnummern

1: Elektromotoranordnung
2: Erster Kapselungsabschnitt (für Steuerungsleiterplattenanordnung)
3: Zweiter Kapselungsabschnitt (für Leistungsleiterplattenanordnung)
4: Motor
5: Erste thermisch isolierende Schicht
6: Zweite thermisch isolierende Schicht
7: Buchse
8: Stecker
9: Gestapeltes Silizium-Leistungsmodul
10: Schraube
11: Leistungsleiterplattenanordnung
12: Steuerungsleiterplattenanordnung
13: Entlüftungsmembran
14: Industrial-Steckverbinder
14a: Steckerkupplung
15: Mehradriges Kabel
16: Etikett
17: Freie Höhe
18: Freie Länge
19: Motorkabel
20: Kabelverbinder
21: Sicherungsstift der zweiten thermisch isolierenden Schicht
22: PG-Verlängerungskappe
23: Anschlussvertiefung
24: Wärmeleitpad
25: LED-Statusanzeige
26: Mehrpoliger Stecker
30: Motorantrieb
41: Motorgehäuse
42: Abtriebswelle

Claims

Elektromotoranordnung (1), umfassend einen Elektromotor (4), insbesondere einen servointegrierten Motor (4), eine Kapselung (2, 3), die einen Motorantrieb (30), insbesondere einen Servoantrieb, zum Antreiben des Motors (4) mit einem elektrischen Leitweg niedriger Impedanz enthält, der ein gestapeltes Leistungsmodul (9), eine Leistungsleiterplattenanordnung (11) und einen Stromversorgungsanschluss (7, 8) umfasst.
Elektromotoranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster und ein zweiter Kapselungsabschnitt (2, 3) Komponenten des Antriebs (30) enthalten, wobei der erste Kapselungsabschnitt (2), der zweite Kapselungsabschnitt (3) und/oder der Motor (4) durch mindestens eine thermisch isolierende Schicht (5, 6) thermisch voneinander getrennt sind.
Elektromotoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Motorkabel (19) über einen Leiterplattenkabelverbinder (20) elektrisch mit der Leistungsleiterplattenanordnung (11) verbunden ist und/oder dass das gestapelte Leistungsmodul (9) einen Wechselrichter zum Antreiben des Motors (4) umfasst.
Elektromotoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromversorgungsanschluss (7, 8) eine Buchse (7) und einen Stecker (8) umfasst.
Elektromotoranordnung (1) zumindest nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kapselungsabschnitt (2) über den zweiten Kapselungsabschnitt (3) mit dem Motor (4) verbunden ist.
Elektromotoranordnung (1) zumindest nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kapselungsabschnitt (3) mit einem axialen Ende des Motors (4) verbunden ist.
Elektromotoranordnung (1) zumindest nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kapselungsabschnitt (2) zumindest teilweise in einer radialen Richtung des Motors (4) vom Motor (4) beabstandet ist.
Elektromotoranordnung (1) zumindest nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Kapselungsabschnitt (2) und dem Motor (4) ein Spalt bereitgestellt ist.
Elektromotoranordnung (1) zumindest nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsleiterplattenanordnung (11) im zweiten Kapselungsabschnitt (3) bereitgestellt ist und/oder dass eine Steuerungsleiterplattenanordnung (12) im ersten Kapselungsabschnitt (2) bereitgestellt ist, wobei vorzugsweise ein Wärmeleitpad (24) zwischen mindestens einer Leiterplattenanordnung (11, 12), insbesondere der Steuerungsleiterplattenanordnung (12), und dem ersten und/oder zweiten Kapselungsabschnitt (2, 3) bereitgestellt ist, und wobei vorzugsweise die Leistungsleiterplattenanordnung (11) und die Steuerungsleiterplattenanordnung (12) über einen mehrpoligen Steckverbinder (26), vorzugsweise in einem 90°-Winkel, miteinander verbunden sind.
Elektromotoranordnung (1) zumindest nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Kapselungsabschnitt (2, 3) ihren jeweiligen Innenraum vollständig umschließen.
Elektromotoranordnung (1) zumindest nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kapselungsabschnitt (2), der zweite Kapselungsabschnitt (3) und/oder ein Motorgehäuse (41) des Motors (4) aus einem metallischen Material hergestellt sind und/oder ebene Außenflächen aufweisen.
Elektromotoranordnung (1) zumindest nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite thermisch isolierende Schicht (5, 6) ein Kunststoffmaterial und/oder eine Dichtung umfassen.
Elektromotoranordnung (1) zumindest nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Motorantrieb (30) und dem ersten und/oder dem zweiten Kapselungsabschnitt (2, 3), insbesondere zwischen der Leistungsleiterplattenanordnung (11) und der zweiten Kapselung (3), eine Lufttasche ohne Zirkulation als vorzugsweise einziger Wärmeleiter bereitgestellt ist.
Elektromotoranordnung (1) zumindest nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Kapselungsabschnitt (2, 3) eine Entlüftungsmembran (13) zwischen der Innenseite und der Außenseite des ersten und/oder des zweiten Kapselungsabschnitts (2, 3) umfasst.
Elektromotoranordnung (1) zumindest nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (4), der erste und/oder der zweite Kapselungsabschnitt (2, 3) mit Schrauben (10) oder Befestigungselementen miteinander verschraubt sind und/oder dass die thermisch isolierende Schicht (5, 6) mit Schrauben (10) innerhalb des ersten und/oder des zweiten Kapselungsabschnitts (2, 3) befestigt ist.
Elektromotoranordnung (1), umfassend einen Elektromotor (4) und einen ersten und einen zweiten Kapselungsabschnitt (2, 3), die einen Motorantrieb (30) zum Antreiben des Motors (4) enthalten, wobei der erste Kapselungsabschnitt (2), der zweite Kapselungsabschnitt (3) und/oder der Motor (4) durch mindestens eine thermisch isolierende Schicht (5, 6) thermisch voneinander getrennt sind.
Elektromotoranordnung (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kapselungsabschnitt (2) über den zweiten Kapselungsabschnitt (3) mit dem Motor (4) verbunden ist.
Elektromotoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kapselungsabschnitt (3) mit einem axialen Ende des Motors (4) verbunden ist.
Elektromotoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kapselungsabschnitt (2) zumindest teilweise in einer radialen Richtung des Motors (4) vom Motor (4) beabstandet ist.
Elektromotoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Kapselungsabschnitt (2) und dem Motor (4) ein Spalt bereitgestellt ist.
Elektromotoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Kapselungsabschnitt (3) eine Leistungsleiterplattenanordnung (11) und/oder im ersten Kapselungsabschnitt (2) eine Steuerungsleiterplattenanordnung (12) bereitgestellt ist, wobei vorzugsweise zwischen mindestens einer Leiterplattenanordnung (11, 12) und dem ersten und/oder dem zweiten Kapselungsabschnitt (2, 3) ein Wärmeleitpad (24) bereitgestellt ist.
Elektromotoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Kapselungsabschnitt (2, 3) ihren jeweiligen Innenraum vollständig umschließen.
Elektromotoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kapselungsabschnitt (2), der zweite Kapselungsabschnitt (3) und/oder ein Motorgehäuse (41) des Motors (4) aus einem metallischen Material hergestellt sind.
Elektromotoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite thermisch isolierende Schicht (5, 6) ein Kunststoffmaterial und/oder eine Dichtung umfasst.
Elektromotoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Motorantrieb (30) und dem ersten und/oder dem zweiten Kapselungsabschnitt (2, 3) eine Lufttasche ohne Zirkulation als vorzugsweise einziger Wärmeleiter bereitgestellt ist.
Elektromotoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Kapselungsabschnitt (2, 3) eine Entlüftungsmembran (13) zwischen der Innenseite und der Außenseite des ersten und/oder des zweiten Kapselungsabschnitts (2, 3) umfasst.
Elektromotoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (4), der erste und/oder der zweite Kapselungsabschnitt (2, 3) mit Schrauben (10) miteinander verschraubt sind und/oder dass die thermisch isolierende Schicht (5, 6) mit Schrauben (10) innerhalb des ersten und/oder des zweiten Kapselungsabschnitts (2, 3) befestigt ist.
Elektromotoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere ein Servoantrieb, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorantrieb (30) den Normen WEEE 2012/19/EU, EN 50419, ESG und/oder IEC 60529 - IP65 entspricht.
Elektromotoranordnung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 2 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (4), der erste Kapselungsabschnitt (2), die Steuerungsleiterplattenanordnung (12), der zweite Kapselungsabschnitt (3) und/oder die Leistungsleiterplattenanordnung (11) von der Elektromotorantriebsanordnung (1) abnehmbar sind.