DE3751064T2 - Motorantriebseinheit. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorantriebseinheit zum Unterbringen elektrischer Bauelemente, die beim Steuern eines Wechselstrommotors benutzt werden.
• Eine Motorantriebsschaltung, die in dem Prinzipschaltbild gemäß Fig. 4 gezeigt ist und ein Beispiel darstellt, wird als ein Steuergerät für einen Wechselstrommotor benutzt, der die Spindel oder Vorschubwelle einer Werkzeugmaschine antreibt. Elektrische Bauelemente, wie sowohl ein elektromagnetisches Schaltschütz A, eine Gleichrichter-Diodenschaltung B, ein Glättungskondensator, C ein regenerierender Transistor D, eine Transistor-Brückenschaltung E und ein Filter F als auch elektrische Bauelemente, wie ein Hochlastwiderstand und eine Sicherung sind mit einer Schaltung verbunden, die sich von 3-Phasen-Wechselstromnetzteil-Anschlußklemmen R, S, T aus, die in Fig. 4 gezeigt sind, zu Anschlußklemmen U, V, W zum Zuführen von Strom zu dem Wechselstrommotor erstreckt.
• Die großen elektrischen Bauelemente unter diesen Bauelementen werden an einer Montageplatte mittels Schrauben befestigt und unter Benutzung eines Kabelbaums angeschlossen, wonach die Bauelemente in einem Metallgehäuse untergebracht werden, das aus bearbeiteten Blechtafeln besteht.
• In dem Steuergerät, das in dem zuvor genannten Metallgehäuse untergebracht wird, werden die verschiedenen elektrischen Bauelemente, die alle von verschiedener Form sind, zunächst befestigt und dann mittels des Kabelbaums zusammengeschaltet. Folglich erfordert das Zusammenbauen der Motorantriebseinheit einen Arbeitsaufwand, und ein Automatisieren des Vorgangs, beispielsweise durch Benutzen eines Zusammenbau-Roboters, bringt zahlreiche Schwierigkeiten mit sich.
• Überdies ergeben sich, da das Gehäuse aus bearbeiteten Blechtafeln als das äußere Gehäuse benutzt wird, Probleme hinsichtlich der Kosten und des Gewichts.
• Die vorliegende Erfindung ist entstanden, um diese Probleme zu lösen oder zu verringern, und ihre Aufgabe besteht darin, eine Motorantriebseinheit zu schaffen, bei der die Steuerschaltung und die Stromversorgungsschaltung eines Motors auf einzelnen Rahmen aus Plastikmaterial montiert werden, die Bauelemente in der Stromversorgungsschaltung durch Lötung oder Schraubklemmung unter Benutzung einer Verdrahtungskarte zusammengeschaltet werden und ein Metallgehäuse aus bearbeiteten Blechtafeln sowie ein Kabelbaum zum Verdrahten nicht mehr erforderlich sind.
• Die Druckschrift JP-A-5332384 zeigt ein Beispiel für eine elektrische Steuereinheit, die erste und zweite Rahmen um faßt, welche zusammen einen Rahmenaufbau schaffen, der elektrische Bauelemente hat, die auf einer Schaltungs-Platine montiert sind, welche zwischen den ersten und zweiten Rahmen eingebettet ist, wenn diese miteinander verbunden sind.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist daher eine elektrische Steuereinheit vorgesehen, die erste und zweite Rahmen umfaßt, welche zusammen einen Rahmenaufbau bilden, der elektrische Bauelemente hat, die auf einer Schaltungs-Platine montiert sind, welche zwischen den ersten und zweiten Rahmen eingebettet ist, wenn diese miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Steuereinheit eine Motorantriebseinheit ist, welche Regelschaltungs-Bauelemente und Stromversorgungsschaltungs-Bauelemente zur Benutzung beim Regeln eines Wechselstrommotors enthält, der erste Rahmen ein aus Kunstharz gegossenes Teil ist und eine Regelschaltungs-Platine trägt, welche die Wechselstrommotor-Regelschaltungs- Bauelemente auf sich montiert aufweist, der zweite Rahmen ein aus Kunstharz gegossenes Teil ist und einige der Stromversorgungsschaltungs-Bauelemente direkt auf sich montiert aufweist, die Schaltungs-Platine eine verbindende Stromversorgungsverteilungs-Platine ist, die weitere der Stromversorgungsschaltungs-Bauelemente auf sich montiert aufweist und elektrisch über die verbindende Stromversorgungsverteilungs-Platine mit den Stromversorgungsschaltungs-Bauelementen verbunden ist, welche direkt auf dem zweiten Rahmen montiert sind, und die verbindende Stromversorgungsverteilungs-Platine eine Oberfläche, auf welcher die weiteren Stromversorgungsschaltungs-Bauelemente angeordnet und durch Löten verbunden sind, und eine weitere Oberfläche hat, auf welcher die Stromversorgungsschaltungs-Bauelemente befestigt und durch Schrauben von der einen Seite dieser Oberfläche her verbunden sind.
• Demzufolge vereinfacht eine Motorantriebseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung, die das Kabelbaumbinden und den Rahmen aus bearbeiteten Blechtafeln entbehrlich macht, den Vorgang des Zusammbauens der Einheit und macht diese kompakter.
• Ferner gestattet gemäß der Erfindung die Stromversorgungsschaltungs-Platine, welche zwischen oberen und unteren Rahmen eingebettet ist, daß die oberen Stromversorgungsschaltungs- Bauelemente durch Lötung zusammengeschaltet werden, und gestattet überdies, daß die elektrische Schaltungsanordnung der unteren Stromversorgungsschaltungs-Bauelemente durch Schraubklemmung zusammengeschaltet wird. Als Ergebnis können Vorgänge, die einen Arbeitsaufwand erfordern, nämlich das Verdrahten der Bauelemente und das Kabelbaumbinden entbehrlich gemacht werden, was mit einer Verbesserung der Arbeitsleitung einhergeht.
• Gemäß der Erfindung werden die oberen und unteren Rahmen zu einer Einheit miteinander verbunden. Dies ermöglicht es, ein Metallgehäuse aus bearbeiteten Blechtafeln entbehrlich zu machen, so daß die Kosten und das Gewicht verringert werden können.
• Fig. 1 zeigt eine perspektivische Explosionszeichnung, die ein Ausführungsbeispiel einer Motorantriebseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
• Fig. 2 zeigt eine erklärende Ansicht, die ein Beispiel für ein Verfahren zum Montieren von Stromversorgungsschaltungs-Bauelementen auf einer Stromversorgungsschaltungs-Platine dargestellt.
• Fig. 3 zeigt eine erklärende Darstelung einer schwimmenden Mutter.
• Fig. 4 zeigt ein Prinzipschaltbild, das ein Beispiel für eine Motorantriebseinheit zum Steuern eines Wechselstrommotors darstellt.
• Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren im einzelnen beschrieben.
• Fig. 1 zeigt eine perspektivische Explosionszeichnung, die ein Ausführungsbeispiel einer Motorantriebseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichnen 1 eine Schaltungs-Platine, die mit einer gedruckten Verdrahtung versehen ist und auf der Halbleitersteuerschaltungs-Bauelemente und solche Bauelemente, wie Widerstände und Kondensatoren für die hinzukommende elektrische Schaltungsanordnung montiert sind, um auf diese Weise die Steuerschaltung für einen Wechselstrommotor, der nicht gezeigt ist, zu bilden. Nahe dem Rand der gedruckten Schaltungs-Platine 1 sind Montagelöcher 11 vorgesehen. Durch Ineingriffbringen der Montagelöcher mit Halteelementen eines oberen Rahmens 2 wird die gedruckte Schaltungs-Platine 1 auf dem oberen Rahmen 2 gehalten. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet einen Steckverbinder zum Anschließen der elektrischen Schaltungsanordnung.
• Der obere Rahmen 2 umfaßt einen gegossenen Teil, der aus einem Kunstharz besteht. Die obere Oberfläche des oberen Rahmens 2 hat eine Rippe 22 zum Aussteifen des oberen Rahmens 2 und ist mit einem Halteteil 23 zum Halten eines Kondensators 31 mit großer Kapazität ausgestattet. nahe dem Rand des oberen Rahmens 2 sind auf der oberen Oberfläche desselben Halteelemente 21 vorgesehen, von den jedes einen Stift 21a, der in das entsprechende Montageloch 11 der gedruckten Schaltungs- Platine 1 eingeführt wird, und ein Klauenteil 21b hat, durch das die gedruckte Schaltungs-Platine 1 festgeklemmt wird. Die gedruckte Schaltungs-Platine 1 wird sauf diese Weise auf dem oberen Rahmen 2 festgehalten.
• Das Bezugszeichen 24 bezeichnet einen Fuß, der an jeder der vier Ecken des oberen Rahmens 2 vorgesehen ist. Der Fuß 24 hat ein Fußloch 24a an seinem unteren Ende. Die Anordnung ist derart beschaffen, daß der obere Rahmen durch Blechschrauben 25 an einem unteren Rahmen 4 angebracht wird, so daß eine Stromversorgungsverteilungs-Platine 3, die im folgenden beschrieben ist, zwischen den beiden Rahmen eingebettet wird.
• Die Stromversorgungsverteilungs-Platine 3 besteht aus geschichteten gedruckten Schaltungs-Platinen und trägt auf sich solche Wechselstrommotor-Stromversorgungs-Bauelemente, wie einen Glättungskondensator 31, ein elektromagnetisches Schaltschütz 32, einen Leistungsschalter 33 und eine Stromversorgungsanschlußleiste 34. Der Leiterteile sind mit Kupferfolienteilen auf der Stromversorgungsverteilungs-Platine 3 durch Lötung verbunden.
• Fig. 2 zeigt eine erklärende Ansicht, die ein Beispiel für ein Verfahren zum Montieren der Stromversorgungsschaltungs- Bauelemente auf der Stromversorgungsschaltungs-Platine 3 darstellt. Der Leistungsschalter 33, der Anschlußstifte 33a, hat, wird in einer Position plaziert, die Platinenlöchern 33b entsprechen, welche an vorbestimmten Stellen in die Stromversorgungsschaltungs-Platine 3 gebohrt sind. Die eingeführten Anschlußstifte 33a werden von der Unterseite der Stromversorgungsschaltungs-Platine 3 her mit den Folienteilen verlötet, die eine elektrische Verdrahtung bilden, wodurch der Leistungsschalter 33 an der Stromversorgungsschaltungs-Platine 3 befestigt und mit dieser verbunden wird. Die Stromversorgungsanschlußleiste 34 wird ebenfalls durch Einführen von Anschlußstiften 34a in Positionen, die Platinenlöchern 34b der der Stromversorgungsschaltungs-Platine 3 entsprechen, in diese Löcher und Verlöten dieser Anschlußstifte von der Unterseite her befestigt.
• Als nächstes werden die Stromversorgungsschaltungs-Platine 3 und der Hochlastwiderstand 6 elektrisch miteinander verbunden. Eine Schraube 36 wird durch ein Verdrahtungsloch 35, das in der Kupferfolie vorgesehen ist, welche als die Verdrahtung der Stromversorgungsschaltungs-Platine 3 dient, eingedreht, wobei dieses Verdrahtungsloch einem Mutterteil eines Anschlusses 61 entspricht, der in dem Hochlastwiderstand eingebettet vorgesehen ist, um dadurch eine vorzügliche Verbindung zu schaffen.
• Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht für einen Fall, in dem der Anschluß 61 eine schwimmende Mutter 61a benutzt. Der Mutterteil des Anschlusses 61, welcher in dem Hochlastwiderstand 6 eingebettet vorgesehen ist, ist so ausgebildet, daß z. B. die sechseckige schwimmende Mutter 61a durch den Anschluß 61 umschlossen ist, um so ein Spiel um einen vorbestimmten, geringfügigen Betrag einer Bewegung in vertikaler und seitlicher Richtung haben zu können, ohne sich um ihre Mittelachse zu drehen. Selbst wenn die Mittelachse der Schraube 36 und diejenige der schwimmenden Mutter etwas außerhalb des Mittelpunkts liegen, wenn eine Schraube von oben her eingeschraubt wird, kann das körperferne Ende der Schraube 36 die schwimmende Mutter 61a verschieben, um die beiden Mittelachsen zusammenfallen zu lassen. Dies gestattet, daß der Schraubklemmvorgang leicht auch dann durchgeführt werden kann, wenn die Schraube mittels eines Roboters eingeschraubt wird.
• Dementsprechend werdenunter den Stromversorgungsschaltungs- Bauelementen, die an dem unteren Rahmen 4 von unten her befestigt werden, solche Bauelemente, die durch Schrauben angeschlossen werden und die schwimmenden Muttern 61a als ihre Anschlüsse haben, wie der Hochlastwiderstand 6, mit der elektrischen Schaltungsanordnung durch Befestigen der schwimmenden Muttern an der Stromversorungsschaltungs-Platine 3 mittels der Schrauben 36 verbunden.
• Der untere Rahmen 4 ist aus einem gegossenen Teil aus Kunstharz in einer Weise gebildet, daß der obere Rahmen 2, der die gedruckte Schaltungs-Platine 1 hat, und die Stromversorgungschaltungs-Platine 3 an dem unteren Rahmen 4 von oben her angebracht werden können, und es können eine Wärmeabstrahlungseinrichtung 5, die ein Leistungs-Halbleiterelement trägt, das eine Wärmeabführung benötigt, und der Hochlastwiderstand 6 an dem unteren Rahmen 4 von unten her angebracht werden. Der untere Rahmen 4 ist so ausgebildet, daß er auf seinen oberen und unteren Oberflächen eine Rippe 41 zum Versteifen des Rahmens und zum Tragen der Stromversorgungsschaltungs-Platine 3, eine obere Abdeckung 42 zum Verhindern des Ablagerns von Staub auf den Bauelemente-Montageoberflächen der Stromversorgungschaltungs-Platine 3 in der horizontalen Richtung sowie eine untere Abdeckung 43 hat, welche die Seitenflächen der Wärmeabstrahlungseinrichtung 5 und des Hochlastwiderstands 6 abdeckt. Die Öffnung der oberen Abdekkung 42 ist so ausgebildet, daß sie Abmessungen hat, die größer als diejenigen der Stromversorgungsschaltungs-Platine 3 und der Anordnung der Füße 24 des oberen Rahmen 2 sind. Diese Abmessungen sind graduell verringert, bis eine vorbestimmte Montageposition der Stromversorungsschaltungs-Platine erreicht ist. Deshalb ist die Anordnung derart beschaffen, daß wenn die Stromversorgunsschaltungs-Platine 3 und der obere Rahmen 2 auf dem unteren Rahmen 4 montiert werden, die se innerhalb der Öffnung des unteren Rahmens 4 aufgenommen werden und dadurch leicht zu der vorbestimmten Montageposition hin geführt werden.
• An der oberen Oberfläche der Wärmeabstrahlungseinrichtung 5 sind ein Leistungstransistor 51, der eine Wärmeabführung benötigt, und ein Stromversorgungs-Modul 52, wie ein Gleichrichter, angebracht, und deren Anschlußteile sind so angeordnet, daß sie nach oben vorstehen. Innerhalb des Inneren des Hochlastwiderstands 6 ist ein Widerstandskörper eingebettet angeordnet, der eine große Strombelastbarkeit aufweist und mit einem nach oben vorstehenden Anschlußteil 61 versehen ist. Das Bezugszeichen 44 bezeichnet ein Befestigungsloch, das ein Schraubenloch zum Befestigen der Einheit an einer nicht gezeigten Magnetschalteinrichtungstafel ist.
• Im folgenden wird der Zusammenbau der Motorantriebseinheit gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
• Zunächst werden die Montagelöcher 11 der gedruckten Schaltungs-Platine 1, auf welcher die Steuerschaltung aufgebaut ist, mit den Halteelementen 21 des oberen Rahmens 2 in Eingriff gebracht, um die Platine an dem oberen Rahmen festzuhalten. Als nächstes werden die Wärmeabstrahlungseinrichtung 5, welche den Leistungstransistor 51 und den Stromversorgungs-Modul 52 auf sich montiert aufweist, sowie der Hochlastwiderstand 6 an dem unteren Rahmen 4 von unten her mittels Schrauben befestigt. Die Stromversorgungsschaltungs-Platine 3, auf deren oberem Teil die Stromversorgungsschaltungs- Bauelemente befestigt sind, wie die Stromversorgungsanschlußleiste 34 und der Leistungsschalter 33, welche durch Lötung angeschlossen sind, wird dann auf dem unteren Rahmen 4 plaziert. Der Leistungstransistor 51, der Stromversorungs- Modul 52, die an dem oberen Teil der Wärmeabstrahlungseinrichtung 5 angebracht sind, und der Hochlastwiderstand 6 werden an den Mutterteilen und den schwimmenden Muttern des Anschlusses 61 u. dgl. von oben her durch die Stromversorgungsschaltungs-Platine 3 mittels der Schrauben 36 befestigt und elektrisch mit diesen verbunden, wie dies in Fig. 2 u. Fig. 3 gezeigt ist.
• Am Ende des zuvor beschriebenen Zusammenbauvorgangs wird der obere Rahmen 2 auf die Stromversorgungsschaltungs-Platine 3 gesetzt, die auf dem unteren Rahmen 4 plaziert worden ist, und der obere Rahmen 2 wird an dem unteren Rahmen 4 mittels befestigt. Dies vereinigt die gedruckte Schaltrungs-Platine 1, den oberen Rahmen 2, die Stromversorgungsschaltungs-Platine 3, den unteren Rahmen 4, die Wärmeabstrahlungseinrichtung 5 und den Hochlastwidersd 6 zu einem Ganzen und setzt dieselben zu einer Motorantriebseinheit zusammen.
• Obgleich die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel derselben beschrieben worden ist, kann die Erfindung auf verschiedene Art und Weise modifiziert werden, ohne daß dazu der Schutzumfang der Ansprüche verlassen werden müßte.
• Die Motorantriebseinheit gemäß der vorliegenden Erinfdung ist leicht zusammenzubauen und eignet sich gut für ein automatisches Zusammenbauen mittels eines Roboters oder dgl..

Claims (5)

1. Elektrische Steuereinheit, die erste und zweite Rahmen (2, 4) umfaßt, welche zusammen einen Rahmenaufbau bilden, der elektrische Bauelemente hat, die auf einer Schaltungs-Platine (3) montiert sind, welche zwischen den ersten und zweiten Rahmen (2, 4) montiert ist, wenn diese miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Steuereinheit eine Motorantriebseinheit ist, welche Regelschaltungs-Bauelemente und Stromversorgungsschaltungs-Bauelemente zur Benutzung beim Regeln eines Wechselstrommotors enthält, der erste Rahmen (2) ein aus Kunstharz gegossenes Teil ist und ein Regelschaltungs-Platine (1) trägt, welche die Wechselstrommotor-Regelschaltungs-Bauelemente auf sich montiert aufweist, der zweite Rahmen (4) ein aus Kunstharz gegossenes Teil ist und einige der Stromversorgungsschaltungs-Bauelemente (5, 51, 52, 6) direkt auf sich montiert aufweist, die Schaltungs-Platine (3) eine verbindende Stromversorgungsverteilungs-Platine (3) ist, die weitere der Strosmversorgungsschaltuns-Bauelemente (31, 32, 33, 34) auf sich montiert aufweist und elektrisch über die verbindende Stromversorgungsverteilungs-Platine (3) mit den Stromversorgungsschalungs-Bauelementen (5, 51, 52, 6) verbunden ist, welche direkt auf dem zweiten Rahmen (4) montiert sind, und die verbindende Stromversorgungsverteilungs-Platine (3) eine Oberfläche, auf welcher die weiteren Stromversorgungsschaltungs-Bauelemente (31, 32, 33, 34) angeordnet und durch Löten verbunden sind, und eine weitere Oberfläche hat, auf welcher die Stromversorgungsschaltungs-Bauelemente (5, 51, 52, 6) befestigt und durch Schrauben (36) von der Seite der einen Oberfläche her verbunden sind.

2. Motorantriebseinheit nach Anspruch 1, bei der die zumindest eine Schraube (36) mit zumindest einer schwimmenden Mutter (61a) auf zumindest einem Bauelement (6) zusammenwirkt.

3. Motorantriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der Halter, wovon jeder aus einem Stift (21a), welcher durch ein Montageloch der Regelschaltungs-Platine (1) geführt ist, und einer Klaue (21b) zum Umschließen der Regelschaltungs-Platine (1) besteht, nahe einem Randteil des ersten Rahmens (2) auf der äußeren Oberfläche desselben vorgesehen sind, wodurch die Regelschaltungs-Platine (1) auf dem ersten Rahmen (2) gehalten wird.

4. Motorantriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erste Rahmen (2) so ausgebildet ist, daß er einen Schenkelteil (24) an jeder seiner Ecken enthält, und dazu bestimmt ist, so befestigt zu werden, daß er einen vorbestimmten Zwischenraum zwischen sich selbst und dem zweiten Rahmen (4) bildet.

5. Motorantriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der zweite Rahmen (4) so ausgebildet ist, daß er auf seinen inneren und äußeren Oberflächen eine innere Abdeckung zum Verhindern einer Staubablagerung auf den Bauelemente-Montageoberflächen und eine äußere Abdeckung enthält, welche die Montageoberflächen der Stromversorgungsschaltungs-Bauelemente abdeckt.