DE112014000672T5

DE112014000672T5 - Bürstenloser Gleichstrommotor mit reduzierten Störsendungen

Info

Publication number: DE112014000672T5
Application number: DE112014000672.6T
Authority: DE
Inventors: David Crowther; Jesse Whitfield
Original assignee: Halla Visteon Climate Control Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2014-02-04
Publication date: 2015-10-29
Also published as: KR20150109476A; KR102051002B1; MX351551B; WO2014121254A3; WO2014121254A2; MX2015009876A; US20150381018A1; US9960660B2

Abstract

Ein bürstenloser Gleichstrommotor beinhaltet einen Stator, der aus einem Schichtaufbau ausgebildet ist, der mehrere gestapelte Bleche beinhaltet. Der Stator beinhaltet mehrere sich radial erstreckende Kernelemente und eine umfängliche Wand. Eine Kreuzung von jedem der mehreren sich radial erstreckenden Kernelemente mit der umfänglichen Wand bildet eine Null-Fluss-Lage und ein Abschnitt des Schichtaufbaus bildet eine erste Öffnung, die an einer der Null-Fluss-Lagen liegt. Der bürstenlose Gleichstrommotor beinhaltet eine Leiterplatte, die eine zweite Öffnung beinhaltet, und ein Erdungselement, das einen ersten Abschnitt, der in der ersten Öffnung des Stators aufgenommen ist, und einen zweiten Abschnitt, der in der zweiten Öffnung der Leiterplatte aufgenommen ist, beinhaltet, um einen Erdungspfad zu bilden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein bürstenloser Gleichstrommotor kann strahlende Störaussendungen aussenden. Ein Interesse an der Höhe von Störaussendungen in der Umgebung ist aufgrund der Zunahme von elektrischen Einrichtungen gestiegen. Zum Beispiel sind viele Fahrzeuge mit einer Schlüsselfernbedienung ausgestattet. Störende Störaussendungen können eine Betätigung der Schlüsselfernbedienung behindern. Es ist nötig die Störaussendungen zu reduzieren, um gesetzliche Vorgaben zu erfüllen. In einem typischen bürstenlosen Gleichstrommotor werden Störaussendungen eines elektrischen Felds durch Abschirmung des bürstenlosen Gleichstrommotors mit leitendem Material oder durch Platzieren des bürstenlosen Gleichstrommotors in einem leitfähigen Gehäuse reduziert.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein bürstenloser Gleichstrommotor beinhaltet einen Stator, der aus einem Schichtaufbau ausgebildet ist, der mehrere gestapelte Bleche beinhaltet. Der Stator beinhaltet mehrere sich radial erstreckende Kernelemente und eine umfänglichen Wand. Eine Kreuzung von jedem der mehreren sich radial erstreckenden Kernelemente mit der umfänglichen Wand bildet eine Null-Fluss-Lage und ein Abschnitt des Schichtaufbaus bildet eine erste Öffnung, die an einer der Null-Fluss-Lagen liegt. Der bürstenlose Gleichstrommotor beinhaltet eine Leiterplatte, die eine zweite Öffnung beinhaltet, und ein Erdungselement, das einen ersten Abschnitt, der in der ersten Öffnung aufgenommen ist, und einen zweiten Abschnitt beinhaltet, der in der zweiten Öffnung der Leiterplatte aufgenommen ist, um einen Erdungspfad zu bilden.
Ein bürstenloser Gleichstrommotor beinhaltet einen Stator, der aus einem Schichtaufbau ausgebildet ist, der mehrere gestapelte Bleche beinhaltet. Der Stator beinhaltet mehrere sich radial erstreckende Kernelemente und eine umfängliche Wand. Eine Kreuzung von jedem der der mehreren sich radial erstreckenden Kernelemente mit der umfänglichen Wand bildet eine Null-Fluss-Lage. Ein Abschnitt des Schichtaufbaus bildet eine erste Öffnung, die an einer der Null-Fluss-Lagen liegt. Der Schichtaufbau beinhaltet sich radial erstreckende Kernelemente, die eine außen liegende Speiche und eine innere umfängliche Kernwand beinhalten. Eine Statorwicklung umläuft jedes der Kernelemente. Der bürstenlose Gleichstrommotor beinhaltet einen Rotoraufbau, der einen Rotor und einen ringförmigen Permanentmagneten beinhaltet, der in dem Rotor angeordnet ist. Der Stator beinhaltet eine zentrale Öffnung, durch die der Rotor durchtritt, und die Statorwicklungen erzeugen entgegengesetzte magnetische Felder, um den Rotor zu rotieren, wenn Strom durch die Statorwicklungen fließt. Der bürstenlose Gleichstrommotor beinhaltet eine Leiterplatte, die eine zweite Öffnung beinhaltet, und ein Erdungselement, das einen ersten Abschnitt, der in der ersten Öffnung des Stators aufgenommen ist, und einen zweiten Abschnitt beinhaltet, der in der zweiten Öffnung der Leiterplatte aufgenommen ist, um einen Erdungspfad zu bilden.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 zeigt eine Aufsicht von Komponenten eines bürstenlosen Gleichstrommotors;
2 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht der Komponenten des bürstenlosen Gleichstrommotors;
3 zeigt eine schematische Zeichnung, welche die Erdung des Schichtaufbaus des bürstenlosen Gleichstrommotors darstellt;
4 zeigt eine perspektivische Seitenansicht des bürstenlosen Gleichstrommotors von einer Unterseite der Leiterplatte;
5 zeigt eine perspektivische Seitenansicht des bürstenlosen Gleichstrommotors von einer Oberseite der Leiterplatte;
6 zeigt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts des Schichtaufbaus und ein Erdungselement, das in einer Öffnung des Magnetschichtaufbaus aufgenommen ist;
7 zeigt eine Aufsicht einer magnetischen Simulation des Motors;
8 zeigt einen Graphen, der die abgestrahlten Störaussendungen für einen geerdeten Schichtaufbau (A) und einen ungeerdeten Schichtaufbau (B) darstellt; und
9 zeigt einen Graphen, der leitungsgebundene Störaussendungen für einen geerdeten Schichtaufbau (PV2) und einen ungeerdeten Schichtaufbau (PV1) darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt Komponenten eines typischen bürstenlosen Gleichstrommotors 20. Der bürstenlose Gleichstrommotor 20 kann mit einer Kühlmittelpumpe, einer Ölpumpe, einem Lüfter, einem Heizungslüfter, einer Rotationsflügelpumpe oder einer beliebigen anderen Anwendung oder einem beliebigen anderen System verwendet werden.
Der bürstenlose Gleichstrommotor 20 beinhaltet einen Eisenkernstator oder Schichtaufbau 22, der aus mehreren Blechen 24 (in 2 dargestellt) hergestellt ist. Jedes Blech 24 hat eine Dicke von ungefähr 1 mm. Der Schichtaufbau 22 beinhaltet eine zentrale Öffnung 26, durch die ein Rotor 29 (d. h. der Magnet) hindurchtritt. In einem Beispiel beinhaltet der Schichtaufbau 22 sich radial erstreckende Kernelemente 28, die eine außen liegende Speiche 31 beinhalten, die an einem äußeren Ende der sich radial erstreckenden Kernelemente 28 angebracht ist, und eine innere umfänglichen Kernwand 30, die an einem inneren Ende der sich radial erstreckenden Kernelemente 28 angebracht ist. In diesem Beispiel existieren neun sich radial erstreckende Kernelemente 28. In einem anderen Beispiel beinhaltet der Schichtaufbau 22 sich radial erstreckende Kernelemente, die eine innen liegende Speiche beinhalten, die an einem inneren Ende der sich radial erstreckenden Kernelemente 28 angebracht ist, und eine äußere umfänglichen Kernwand, die an einem äußeren Ende der sich radial erstreckenden Kernelemente 28 (nicht dargestellt) angebracht ist.
Eine Statorwicklung 32 umläuft jedes der Kernelemente 28. Ein Rotoraufbau 34 beinhaltet den Rotor 29 und einen ringförmigen Permanentmagneten 36, der in dem Rotor 29 angeordnet ist. Die Statorwicklungen 32 generieren entgegengesetzte magnetische Felder, um den Rotor 29 zu rotieren, wenn Strom durch die Statorwicklungen 32 fließt. Eine Hülle 39 umhüllt diese Komponenten. Der Aufbau des Schichtaufbaus 22 und der Statorwicklungen 32 ist mit einer Leiterplatte 38 verbunden.
3 zeigt eine schematische Zeichnung, die eine Erdung des Schichtaufbaus 22 darstellt. Die hochfrequenten Schaltungsströme, die durch eine Motorsteuerungsarchitektur generiert werden, stellen dem Schichtaufbau 22 elektrische Feldenergie und magnetische Feldenergie zur Verfügung. Parasitär für die normale Verwendung wirkt der Schichtaufbau 22 als eine Antenne und die Felder werden von dem Schichtaufbau 22 ausgesendet. Erden des Schichtaufbaus 22 (wie unten beschrieben) senkt beides, die abgestrahlte und die leitungsgeführten Störaussendung. Die durch den Schichtaufbau 22 absorbierte Energie wird zu der Erde 40 als Wärme abgeleitet und/oder der Schichtaufbau 22 ist „verstimmt”, um seine Eigenschaft, absorbierte Energie erneut abzustrahlen, zu beschränken.
4 und 5 zeigen einen aufgebauten bürstenlosen Gleichstrommotor 20. Ein Erdungselement 42 ist elektrisch mit dem Schichtaufbau 22 und der Leiterplatte 38 verbunden, um einen Erdungspfad herzustellen. In einem Beispiel ist das Erdungselement 42 ein geerdeter Stift, der aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist. In einem anderen Beispiel sind zwei Erdungselemente 42 angewendet. Das Erdungselement 42 reduziert Störabstrahlungen und stellt eine elektrische Verbindung mit dem Schichtaufbau 22 und der Leiterplatte 38 her. In einem Beispiel sind die Störaussendungen leitungsgeführte Störaussendungen. In einem Beispiel sind die Störaussendungen abgestrahlte Störaussendungen.
In dem Beispiel, das in 6 dargestellt ist, beinhaltet das Erdungselement 42, das mit dem Schichtaufbau 22 verbunden ist, einen ersten Abschnitt 44, der einen Teil 46 aufweist, der in einer Öffnung 48 in der Leiterplatte 38 aufgenommen ist, einen zweiten Abschnitt 50, der in einer Öffnung 52 (die im Folgenden beschrieben wird) in dem Schichtaufbau 22 aufgenommen ist. Ein Körperabschnitt 54 ist zwischen dem ersten Abschnitt 44 in dem zweiten Abschnitt 50 gelegen und hat eine Breite W, die größer als eine Breite Y des zweiten Abschnitts 50 ist, was das Drücken des Erdungselement 42 in die Öffnung 52 des Schichtaufbaus 22 beschränkt. Der Teil 46 des ersten Abschnitts 44 des Erdungselements 42 ist an der Stelle 51 an die Leiterplatte 38 entweder unter oder über der Leiterplatte 38 angelötet und das Lot 51 fließt durch die Öffnung 48 des Schichtaufbaus 22 zu der anderen Seite der Leiterplatte 38, sodass das Lot 51 an beiden Seiten der Leiterplatte 38 anliegt. In einem Beispiel ist der erste Abschnitt 44 im Wesentlichen in einer gekrümmten Form, was Löten vereinfacht und Flexibilität während Temperaturänderungen schafft.
Wie in 6 dargestellt, wird die Öffnung 52 durch eine Serie von Löchern gebildet, die in ungefähr zehn Blechen 24 ausgebildet sind, die der Leiterplatte 38 am nächsten sind. Dies stellt eine gute elektrische Verbindung mit dem Schichtaufbau 22 sicher.
Wie in 7 dargestellt, liegt in einem Beispiel das Erdungselement 42 (und die Öffnungen 48 und 52) an einer oder mehr von neun Null-Fluss-Lagen 56 des Schichtaufbaus 22, um den Verlust von nützlicher Energie durch Wirbelströme zwischen den Blechen 24 zu reduzieren. Eine Null-Fluss-Lage 56 liegt da, wo jedes der neun Kernelemente 28 sich mit der Kernwand 30 kreuzt. In diesem Beispiel existieren zwei beabstandete Verbindungen an Null-Fluss-Lagen 56, die ein Erdungselement 42 aufnehmen. An den Null-Fluss-Lagen 56 ist das magnetische Feld minimal, sodass die Wirbelströme nicht zwischen den Blechen 24 generiert werden. Eine Vertiefung (nicht dargestellt) ist durch Crimpen an den übrigen Null-Fluss-Lagen ausgebildet, um die Bleche 24 aneinander zu sichern und einen guten Erdungspfad bereitzustellen.
Wie in 8 dargestellt, sind für einen geerdeten bürstenlosen Gleichstrommotor 20 die Charakteristika A der abgestrahlten Störaussendungen eines geerdeten Schichtaufbaus 22 kleiner als die Charakteristika B der abgestrahlten Störaussendungen eines ungeerdeten Schichtaufbaus 22.
9 zeigt die Charakteristika der leitungsgeführten Störaussendungen (PV1) eines ungeerdeten Schichtaufbaus 22 und die Charakteristika der leitungsgeführten Störaussendungen (PV2) eines geerdeten Schichtaufbaus 22. Die Charakteristika (PV2) der leitungsgeführten Störaussendungen eines geerdeten Schichtaufbaus 22 sind ungefähr 10–15 dB kleiner als die Charakteristika (PV1) der leitungsgeführten Störaussendungen eines ungeerdeten Schichtaufbaus 22. Durch Erden des Motoreisenkerns (Schichtaufbaus 42) an der Erdungsebene der Motorsteuerungsleiterplatte 38 können die auftretenden abgestrahlten Störaussendungen gesenkt werden.
Die vorhergehende Beschreibung ist nur ein Beispiel der Prinzipien der Erfindung. Viele Modifikationen und Variationen sind unter Berücksichtigung der obigen Lehren möglich. Es sollte deshalb verstanden werden, dass innerhalb des Bereichs der anhängenden Ansprüche die Erfindung über die Verwendung der beispielhaften Ausführungsformen hinaus, die oben genauer beschrieben wurden, ausgeübt werden kann. Aus diesem Grund sollten die folgenden Ansprüche studiert werden, um den wahren Bereich und Inhalt dieser Erfindung zu bestimmen.

Claims

Bürstenloser Gleichstrommotor, umfassend: einen Stator, der aus einem Schichtaufbau ausgebildet ist, der mehrere gestapelte Bleche beinhaltet, wobei der Stator mehrere sich radial erstreckende Kernelemente und eine umfängliche Wand umfasst, wobei eine Kreuzung von jedem der mehreren sich radial erstreckenden Kernelemente mit der umfänglichen Wand einen Null-Fluss-Lage bildet und ein Abschnitt des Schichtaufbaus eine erste Öffnung definiert, die an mindestens einer der Null-Fluss-Lagen liegt; eine Leiterplatte, die eine zweite Öffnung beinhaltet; und ein Erdungselement, das eine elektrische Verbindung mit dem Schichtaufbau und der Leiterplatte bereitstellt, wobei das Erdungselement einen ersten Abschnitt beinhaltet, der in der ersten Öffnung des Stators aufgenommen ist, und einen zweiten Abschnitt beinhaltet, der in der zweiten Öffnung der Leiterplatte aufgenommen ist, um einen Erdungspfad herzustellen, der Störaussendungen reduziert.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, wobei das Erdungselement ein Stift ist, der ein elektrisch leitendes Material umfasst.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, wobei das Erdungselement zwei Erdungselemente umfasst, die jeweils an einer der Null-Fluss-Lagen liegen.
Bürstenloser Gleichstrommotor, nach Anspruch 1, wobei jedes der mehreren gestapelten Bleche eine Dicke von ungefähr 1 mm aufweist.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, wobei eine Speiche an einem äußeren Ende der mehreren sich radial erstreckenden Kernelementen angebracht ist, und eine umfängliche Wand eine innere umfängliche Wand ist, die an einem gegenüberliegenden inneren Ende der mehreren sich radial erstreckenden Kernelement angebracht ist.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, wobei eine Statorwicklung jedes der mehreren sich radial erstreckenden Kernelemente umläuft.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 6, der einen Rotoraufbau beinhaltet, der einen Rotor und einen ringförmigen Permanentmagneten beinhaltet, der in dem Rotor angeordnet ist, wobei der Stator eine zentrale Öffnung beinhaltet, durch die der Rotor durchtritt, wobei die Statorwicklungen entgegengesetzte magnetische Felder generieren, um den Rotor zu rotieren, wenn Strom durch die Statorwicklungen fließt.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, wobei der erste Abschnitt des Erdungselements in der ersten Öffnung des Schichtaufbaus aufgenommen ist und der zweite Abschnitt des Erdungselements einen Abschnitt beinhaltet, der in der zweiten Öffnung der Leiterplatte aufgenommen ist, und ein Körperabschnitt, der zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt liegt, eine größere Breite als eine Breite des ersten Abschnitts des Erdungselements aufweist.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 8, wobei der Abschnitt des zweiten Abschnitts des Erdungselements an der Leiterplatte angelötet ist.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 8, wobei ein anderer Abschnitt des ersten Abschnitts des Erdungselements im Wesentlichen in einer gekrümmten Form ist.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, wobei die Störaussendungen leitungsgeführte Störaussendungen umfassen.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, wobei die Störaussendungen abgestrahlte Störaussendungen umfassen.
Bürstenloser Gleichstrommotor, umfassend: einen Stator, der aus einem Schichtaufbau ausgebildet ist, der mehrere gestapelte Bleche beinhaltet, wobei der Stator mehrere sich radial erstreckende Kernelemente und eine umfängliche Wand umfasst, wobei eine Kreuzung von jedem der mehreren sich radial erstreckenden Kernelemente mit der umfänglichen Wand einen Null-Fluss-Lage bildet und ein Abschnitt des Schichtaufbaus eine erste Öffnung definiert, die an mindestens einer der Null-Fluss-Lagen liegt, wobei eine außen liegende Speiche an einem äußeren Ende der mehreren sich radial erstreckenden Kernelemente angebracht ist und eine innere umfängliche Kernwand an einem inneren Ende der mehreren sich radial erstreckenden Kernelemente angebracht ist und wobei eine Statorwicklung jedes der mehreren sich radial erstreckenden Kernelemente umläuft; einen Rotoraufbau, der einen Rotor und einen ringförmigen Permanentmagneten beinhaltet, der in dem Rotor angeordnet ist, wobei der Stator eine zentrale Öffnung beinhaltet, durch die der Rotor durchtritt, und wobei die Statorwicklungen entgegengesetzte magnetische Felder generieren, um den Rotor zu rotieren, wenn Strom durch die Statorwicklungen fließt; eine Leiterplatte, die eine zweite Öffnung beinhaltet; und ein Erdungselement, das eine elektrische Verbindung mit dem Schichtaufbau und der Leiterplatte bereitstellt, wobei das Erdungselement einen ersten Abschnitt beinhaltet, der in der ersten Öffnung des Stators aufgenommen ist, und einen zweiten Abschnitt beinhaltet, der in der zweiten Öffnung der Leiterplatte aufgenommen ist, um einen Erdungspfad herzustellen, der Störaussendungen reduziert.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 13, wobei das Erdungselement ein Stift ist, der ein elektrisch leitendes Material umfasst.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 13, wobei das Erdungselement zwei Erdungselemente umfasst.
Bürstenloser Gleichstrommotor, nach Anspruch 13, wobei jedes der mehreren gestapelten Bleche eine Dicke von ungefähr 1 mm aufweist.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 13, wobei der erste Abschnitt des Erdungselements in der ersten Öffnung des Schichtaufbaus aufgenommen ist und der zweite Abschnitt des Erdungselements einen Teil beinhaltet, der in der zweiten Öffnung in der Leiterplatte aufgenommen ist, und ein Körperabschnitt, der zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt liegt, eine größere Breite als eine Breite des ersten Abschnitts des Erdungselements aufweist.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 17, wobei der Teil des zweiten Abschnitts des Erdungselements an der Leiterplatte angelötet ist und ein anderer Abschnitt des ersten Abschnitts des Erdungselements im Wesentlichen in einer gekrümmten Form ist.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 13, wobei die Störaussendungen leitungsgeführte Störaussendungen umfassen.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 13, wobei die Störaussendungen abgestrahlte Störaussendungen umfassen.