DE19723664A1 - Steuereinheit für einen Elektromotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinheit für einen Elektromotor.

Insbesondere richtet sich die Erfindung auf eine Steuer­ einheit für einen Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1.

Bei einer Steuereinheit der vorstehend bezeichneten Art ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß sie eine an der dem Ständer des Motors abgewandten Seite des metallenen Schilds der Tragkonstruktion befestigbare Basis aus elektrisch isolierendem Werkstoff mit einer Anzahl von sich von deren Boden erhebenden, damit einstückigen rohrförmigen Stutzen zum Hindurchführen der mit den Wicklungen des Motors verbun­ denen Anschlüsse aufweist, welche an der im montierten Zu­ stand dem metallenen Schild des Motors abgewandten Seite einen die Form einer flachen Schale aufweisenden Sitz definiert, daß die die gedruckten Schaltungselemente tragen­ de Platine in einer unterhalb der oberen Enden der rohrför­ migen Stutzen liegenden Höhe in den von der Basis gebildeten Sitz eingesetzt ist, wobei der bzw. die Leistungstrans­ istor(en) außerhalb des Sitzes angeordnet ist bzw. sind, so daß er bzw. sie im montierten Zustand der Steuereinheit in Wärmetauscherbeziehung mit dem metallenen Schild der Trag­ konstruktion des Motors bringbar ist bzw. sind, und daß der von der Basis gebildete Sitz mit einer im flüssigen oder plastischen Zustand eingegossenen und anschließend ausge­ härteten, elektrisch isolierenden Masse ausgefüllt ist, in welche die innerhalb des Sitzes auf der Platine angeordneten Schaltungselemente eingebettet sind und aus welcher die elektrischen Anschlüsse für die äußeren Verbindungen sowie die Leiterelemente für die Verbindung mit den Anschlüssen der Wicklungen hervorstehen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungs­ beispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schrägansicht eines bürstenlosen Elektromotors mit einer Steuereinheit in einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine teilweise zerlegte Schrägansicht des Elektro­ motors und der zugeordneten Steuereinheit gemäß der Darstellung in Fig. 1,

Fig. 3 eine teilweise zerlegte Schrägansicht der Steuerein­ heit in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung,

Fig. 4 und 5 Ansichten der Steuereinheit im Schnitt entlang der Linie IV-IV bzw. V-V in Fig. 3, und

Fig. 6 eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 2.

Ein in Fig. 1 insgesamt mit 1 bezeichneter bürstenloser Elektromotor hat einen äußeren Läufer 2 und einen in der Zeichnung nicht sichtbaren inneren Ständer. Der Läufer ist drehbar an einer Tragkonstruktion gelagert, welche an einer Seite durch einen metallenen Schild 3 abgeschlossen ist. Dieser hat im wesentlichen die Form einer kreisförmigen Scheibe, welche entlang ihrem Umfang mit im wesentlichen radial hervorstehenden Kühlrippen 4 versehen ist. Wie man insbesondere in Fig. 2 erkennt, kann der metallene Schild 3 eine mittige Öffnung 5 aufweisen, um welche herum weitere Öffnungen 6 ausgebildet sind, durch welche hindurch mit den Wicklungen des Ständers verbundene Anschlüsse 7 auswärts her vorstehen.

An der auswärts gewandten Seite des metallenen Schilds 3 des Motors 1 ist mittels Schrauben 8 eine insgesamt mit 9 be­ zeichnete Steuereinheit befestigt.

Die Steuereinheit 9 hat eine aus elektrisch isolierendem Werkstoff, z. B. einem plastischen Kunststoff formgepreßte Basis 10, welche einen in Form einer flachen Schale ausge­ bildeten Sitz 11 definiert, wie insbesondere im unteren Teil von Fig. 3 zu erkennen ist.

An den Öffnungen 6 des metallenen Schilds 3 der Tragkon­ struktion des Motors 1 entsprechenden Stellen erheben sich vom Boden 12 des Sitzes 11 mit diesem einstückige rohrför­ mige Stutzen 13. Im montierten Zustand der Steuereinheit sind die mit dem Ständer des Motors verbundenen Anschlüsse 7 durch die rohrförmigen Stutzen 13 hindurchgeführt, so daß sie daraus hervorstehen, wie in Fig. 1 zu erkennen ist.

An der dem Schild 3 des Motors 1 zugewandten Seite des Bodens 12 des Sitzes 11 können in Fig. 5 erkennbare Verlän­ gerungen 13a der rohrförmigen Stutzen 13 ausgebildet sein, welche im montierten Zustand der Steuereinheit 9 in den Öffnungen 6 des Schilds 3 Aufnahme finden, um die Isolierung der Anschlüsse 7 der Ständerwicklungen gegenüber dem metal­ lenen Schild 3 zu gewährleisten.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind in der Umfangswand 14 des Sitzes 11 mehrere Einzüge 15 ausgebildet, deren der Mitte des Sitzes zugewandte Stirnwände 15a jeweils drei nebeneinanderliegende Ausschnitte 16 aufweisen. Diese Aus­ schnitte 16 erstrecken sich jeweils vom oberen Rand der je­ weiligen Stirnwand 15a bis auf einen gewissen Abstand an den Boden 12 heran.

Wie man insbesondere in Fig. 3 erkennt, hat jeder Einzug 15 an einer Seite ein im wesentlichen L-förmiges Wandungsteil 15b, welches zusammen mit einem einstückig mit der Umfangs­ wand 14 der Basis 10 ausgebildeten, ebenfalls L-förmigen Wandungsteil 17 außerhalb des Sitzes 11 einen senkrechten Durchlaß 18 von im wesentlichen rechteckigem Querschnitt um­ grenzt.

Wie man weiterhin in Fig. 3 erkennt, ist ein Bereich der Umfangswand 14 des Sitzes 11 zu einem freitragend auswärts hervorstehenden Rand 19 geformt, an welchem mehrere durch Trennwände 21 voneinander getrennte Aussparungen 20 ausge­ bildet sind. Ferner weist der Rand 19 eine Verbreiterung 22 auf, deren Oberfläche sich im wesentlichen in einer zu der des Bodens 12 des Sitzes 11 parallelen Ebene erstreckt. In der Oberfläche der Verbreiterung 22 sind mehrere Nuten 23 ausgebildet, welche jeweils von einer der Aussparungen 20 ausgehen.

Schließlich erheben sich vom Boden 12 des Sitzes 11 noch drei rohrförmige Vorsprünge, welche in Fig. 3 mit 24 bezeich­ net sind.

Eine in Fig. 3 und 4 insgesamt mit 25 bezeichnete Steuer­ schaltung umfaßt eine Anordnung von für den Betrieb des Elektromotors 1 notwendigen Komponenten. Dazu gehört eine mit gedruckten Schaltkreisen versehene Platine 26, deren Umfangsform im wesentlichen derjenigen des Sitzes 11 der Basis 10 entspricht.

Der Umfang der Platine 26 weist drei im wesentlichen L-för­ mige Ausschnitte 27 auf, oberhalb deren jeweils ein zuge­ ordneter MOSFET-Transistor M1, M2, M3 freitragend angeordnet ist. Wie man insbesondere in Fig. 3 und 4 erkennt, sind die Anschlüsse der MOSFET-Transistoren M1, M2, M3 abgewinkelt und mit der Platine 26 verlötet.

Weiterhin trägt die Platine 26 in der dargestellten Ausfüh­ rungsform im wesentlichen L-förmige Leiterelemente 28, welche zunächst an den Stellungen der rohrförmigen Stutzen 13 auf der Basis 10 entsprechenden Stellen der Platine 26 ausgebildeten Öffnungen 29 an dieser befestigt sind.

Wie nachstehend im einzelnen erläutert, sind die Leiter­ elemente 28 für die Verbindung mit den Anschlüssen 7 der Ständerwicklungen bestimmt, welche im montierten Zustand der Steuereinheit aus den rohrförmigen Stutzen 13 der Basis 10 hervorstehen.

Die Platine 26 trägt ferner eine Reihe von elektrischen An­ schlüssen 30, welche in leicht erhöhter Stellung an einer Seite der Platine angeordnet sind und der Verbindung mit hier nicht dargestellten äußeren Leiterkreisen dienen.

Die insgesamt mit 25 bezeichnete Steuerschaltung ist derart im Sitz 11 der Basis 10 angeordnet, daß sich die Platine 26 in einer etwas unterhalb des oberen Rands der Umfangswand 14 und der oberen Enden der rohrförmigen Stutzen 13 verlaufen­ den Ebene erstreckt, wie insbesondere in Fig. 6 zu erkennen, wobei die MOSFET-Transistoren M1, M2, M3 dann außerhalb des Sitzes 11 in den jeweiligen Einzügen 15 der Umfangswand 14 angeordnet und ihre Anschlüsse durch die Ausschnitte 16 hin­ durchgeführt sind (Fig. 2, 6).

In den Sitz 11 der Basis 10 wird schließlich eine elektrisch isolierende Masse 31, z. B. ein Kunstharz, in flüssigem oder plastischem Zustand eingegossen, um den Sitz 11 bis zu einer nahe unterhalb der oberen Enden der rohrförmigen Stutzen 13 liegenden, in Fig. 6 mit L bezeichneten Höhe auszufüllen, so daß dann alle innerhalb des Sitzes 11 auf der Platine 26 an­ geordneten Schaltungsteile in der Masse eingebettet sind. Nach dem Eingießen der isolierenden Masse 31 stehen die auf der Platine 26 angeordneten elektrischen Anschlüsse 30 aus der Masse hervor und ragen mit ihren freien Enden in die auf der Verbreiterung 22 am Rand 19 der Basis 10 gebildeten Aus­ sparungen 20 hinein (Fig. 2, 6).

Die insgesamt mit 9 bezeichnete Steuereinheit kann auf die beschriebene Weise wirtschaftlich vorgefertigt werden, so daß sie dann für den Anbau an einen Elektromotor 1 als einstückiges Teil gehandhabt werden kann. Bei der Handhabung der Steuereinheit 9 und ihrem Anbau an einen Motor sind ihre sämtlichen Teile gegenüber jedweden Einflüssen sicher ge­ schützt.

Für den Anbau der Steuereinheit 9 an einen Elektromotor 1 ist die Einheit 9 derart auf den metallenen Schild 3 der Tragkonstruktion des Motors aufzusetzen, daß die Anschlüsse 7 der Ständerwicklungen die ihnen zugeordneten rohrförmigen Stutzen 13 der Basis 10 durchsetzen und mit ihren freien Enden daraus hervorstehen, so daß sie anschließend mit den auf der Platine 26 angeordneten Leiterelementen 28 verbunden, z. B. verlötet werden können.

Der metallene Schild 3 des Elektromotors 1 ist vorzugsweise an den Positionen der Transistoren M1, M2, M3 entsprechenden Stellen mit Erhebungen 35 versehen, deren Höhe so bemessen ist, daß die Transistoren M1, M2, M3 im am Motor 1 montier­ ten Zustand der Steuereinheit 9 in Wärmetauscherbeziehung mit den Erhebungen und damit mit dem metallenen Schild 3 der Tragkonstruktion des Motors insgesamt gelangen.

Vorzugsweise können zwischen den Transistoren und den Erhe­ bungen 35 des Motorschilds 3 dünne Blättchen aus einem elek­ trisch isolierenden Werkstoff, z. B. Kapton od. dergl., an­ geordnet werden, welche gleichwohl einen guten Wärmeübergang gewährleisten.

Nahe den Erhebungen 35 des metallenen Schilds 3 des Motors 1 ist vorzugsweise jeweils eine weitere Erhebung 36 ausgebil­ det (Fig. 2). Die Formen und Abmessungen der Erhebungen 36 sind so gewählt, daß diese bei der Montage der Steuer­ einheit 9 an einem Motor in den an der Basis 10 ausgebilde­ ten Durchlässen 18 Aufnahme finden. In den Erhebungen 36 ist jeweils eine in der gezeigten Ausführungsform im wesent­ lichen C-förmig verlaufende Nut 37 ausgebildet. Diese dient der Aufnahme eines Befestigungsabschnitts 38a eines z. B. aus Metall gefertigten, im wesentlichen etwa S-förmig gekrümmten elastischen Druckelements 38. Der Befestigungsabschnitt 38a des elastischen Druckelements 38 weist zwei mit einem gezahnten oder gekerbten Profil versehene Schenkel auf, welche mit einem gewissen Kraftaufwand in entsprechende Ab­ schnitte der Nut 37 einer jeweiligen Erhebung 36 des Motor­ schilds 3 einführbar und anschließend durch das Zahnprofil darin festgehalten sind.

Mit dem als Druckabschnitt 38b ausgebildeten anderen Ende befindet sich jedes der elastischen Elemente 38 in federnder Anlage an der Oberseite des jeweils zugeordneten Transistors und belastet diesen in Richtung auf die jeweilige Erhebung 35 des Motorschilds 3, wie in Fig. 1 zu erkennen.

Nach Abschluß der Montage können an den Anschlüssen 30 der Steuereinheit 9 zu äußeren Leiterkreisen gehörige Leiter an­ gelötet werden, welche zu diesem Zweck in den in der Ver­ breiterung 22 des Rands 19 der Basis 10 ausgebildeten Nuten 23 Aufnahme finden. Die derart hergestellten Verbindungen können dann durch ein (nicht dargestelltes) Abdeckteil geschützt werden.

Auf die Steuereinheit 9 kann abschließend ein (nicht gezeig­ ter) Deckel aus elektrisch isolierendem Material aufgesetzt und an der Basis 10 oder am metallenen Schild 3 des Elek­ tromotors 1 befestigt werden.

Die dem metallenen Schild 3 des Motors 1 zugewandte Fläche der Basis 10 und/oder die Außenfläche des Schilds 3 kann bzw. können vorzugsweise derart gestaltet sein, daß zwischen den beiden Teilen wenigstens ein Belüftungshohlraum oder -durchlaß vorhanden ist.

Ferner kann bzw. können am Boden 12 der Basis 10 ein oder mehrere jeweils eine Blindbohrung aufweisende Fortsätze aus­ gebildet sein, welche in entsprechende Aussparungen des Motorschilds 3 einführbar sind und der Aufnahme von Sensoren, z. B. Hall-Effekt-Sensoren dienen.

Der metallene Motorschild 3 kann gegebenenfalls mit Bohrun­ gen oder Aussparungen versehen sein, welche derart angeord­ net und dimensioniert sind, daß mechanische Resonanzen auf ein Mindestmaß verringert werden und die wirksame Kühlung des Motors gewährleistet ist.

Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, kann der metallene Schild 3 mit einer größeren Mittelöffnung 50 versehen sein, welche die Montage einer Lagerung für die Motorwelle ermöglicht. In diesem Falle ist am Boden 12 der Basis 10 vorzugsweise eine ringförmige Erhebung 51 ausgebildet (Fig. 5, 6), wel­ che in die Mittelöffnung 50 einsetzbar ist, um diese abzu­ schließen.

Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anord­ nungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kobination erfindungswesentlich sein.

Claims (11)

1. Steuereinheit für einen Elektromotor, welcher eine tragende Konstruktion mit einem fest mit dem Ständer verbun­ denen metallenen Schild sowie eine Anzahl von mit Wicklungen des Motors verbundenen und durch zugeordnete Öffnungen des Schilds hindurchgeführten Anschlüssen aufweist, mit einer mit gedruckten Schaltungselementen für die Steue­ rung des Motors versehenen und wenigstens einen freitragend daran hervorstehenden Leistungstransistor tragenden Platine, welche außerdem für die Verbindung mit den mit den Wick­ lungen des Motors verbundenen Anschlüssen bestimmte Leiter­ elemente sowie eine Anzahl von elektrischen Anschlüssen für die Verbindung mit äußeren Leiterkreisen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (9) eine an der dem Ständer der Motors (1) abgewandten Seite des metallenen Schilds (3) der Tragkonstruktion befestigbare Basis (10) aus elektrisch isolierendem Werkstoff mit einer Anzahl von sich von deren Boden (12) erhebenden, damit einstückigen rohrförmigen Stutzen (13) zum Hindurchführen der mit den Wicklungen des Motors (1) verbundenen Anschlüsse (7) aufweist, welche an der im montierten Zustand dem metallenen Schild (3) des Motors abgewandten Seite einen die Form einer flachen Schale aufweisenden Sitz (11) definiert, daß die die gedruckten Schaltungselemente tragende Platine (26) in einer unterhalb der oberen Enden der rohrförmigen Stutzen (13) liegenden Höhe in den von der Basis (10) gebil­ deten Sitz (11) eingesetzt ist, wobei der bzw. die Leistungs­ transistor(en) (M1, M2, M3) außerhalb des Sitzes (11) ange­ ordnet ist bzw. sind, so daß er bzw. sie im montierten Zu­ stand der Steuereinheit (9) in Wärmetauscherbeziehung mit dem metallenen Schild (3) der Tragkonstruktion des Motors bringbar ist bzw. sind, und daß der von der Basis (10) gebildete Sitz (11) mit einer im flüssigen oder plastischen Zustand eingegossenen und anschließend ausgehärteten, elek­ trisch isolierenden Masse (31) ausgefüllt ist, in welche die innerhalb des Sitzes (11) auf der Platine (26) angeordneten Schaltungselemente eingebettet sind und aus welcher die elektrischen Anschlüsse (30) für die äußeren Verbindungen sowie die Leiterelemente (28) für die Verbindung mit den Anschlüssen (7) der Wicklungen hervorstehen.

2. Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich der Umfangswand (14) des Sitzes (11) zu einem freitragend auswärts hervorstehenden Rand (19) geformt ist, in welchem eine Anzahl von voneinander isolierten Aus­ sparungen (20) für die Aufnahme jeweils eines der elektri­ schen Anschlüsse (30) der Platine (26) ausgebildet ist.

3. Steuereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (20) mit in dem Rand (19, 22) ausgebil­ deten Nuten (23) in Verbindung stehen, welche der Aufnahme von elektrischen Leitern für die Verbindung der Anschlüsse (30) der Platine (26) mit äußeren Leiterkreisen dienen.

4. Steuereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Umfangswand (14) der Basis (10) mit Ausschnitten (15) versehen ist, in denen die auswärts hervorstehenden Leistungstransistoren (M1, M2, M3) angeordnet sind.

5. Steuereinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden der Leistungstrans­ istoren (M1, M2, M3) ein elastisches Element (38) vorhanden ist, durch welches der jeweilige Transistor (M1, M2, M3) im montierten Zustand der Steuereinheit (9) in Richtung auf den metallenen Schild (3) der Tragkonstruktion des Motors (1) belastet ist.

6. Steuereinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes elastische Element (38) einen in eine jeweilige Aussparung (37) des metallenen Schilds (3) des Motors ein­ setzbaren Befestigungsabschnitt (38a) und einen am jeweili­ gen Transistor (M1, M2, M3) angreifenden gekrümmten Druck­ abschnitt (38b) aufweist.

7. Steuereinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsabschnitt (38a) jedes der elastischen Elemente (38) einen im wesentlichen C-förmigen Querschnitt hat, dessen seitliche Schenkel ein gezahntes oder gekerbtes Randprofil für die sichere Verankerung in der jeweiligen Aussparung (37) des Schilds (3) aufweisen.

8. Steuereinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Stutzen (13) an der dem Sitz (11) abgewandten Seite des Bodens (12) Verlän­ gerungen (13a) aufweisen, welche in die Öffnungen (6) des metallenen Schilds (3) des Motors (1), aus welchen die mit den Wicklungen des Motors verbundenen Anschlüsse (7) hervor­ stehen, einführbar sind.

9. Steuereinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Motor (1) zugewandte Fläche der Basis (10) und/oder die dieser zugewandte Fläche des metallenen Schilds (3) des Motors so ausgebildet ist, daß zwischen der Basis (10) und dem Schild (3) wenigstens ein Belüftungshohlraum oder -durchlaß vorhanden ist.

10. Steuereinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, für einen Motor, dessen metallener Schild wenigstens eine Öffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden (12) der Basis (10) eine Erhebung (51) ausgebildet ist, welche zum Verschließen der genannten Öffnung (50) in diese einsetzbar ist.

11. Elektromotor, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche.