EP1226644A1 - Electric drive system - Google Patents

Electric drive system

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Publication number
EP1226644A1
EP1226644A1 EP01969663A EP01969663A EP1226644A1 EP 1226644 A1 EP1226644 A1 EP 1226644A1 EP 01969663 A EP01969663 A EP 01969663A EP 01969663 A EP01969663 A EP 01969663A EP 1226644 A1 EP1226644 A1 EP 1226644A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electric drive
circuit board
fan
control unit
motor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01969663A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Matthias Gold
Dirk Herke
Frank HÖNIG
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Stribel Production GmbH
Original Assignee
Stribel GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Stribel GmbH filed Critical Stribel GmbH
Publication of EP1226644A1 publication Critical patent/EP1226644A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/14—Means for supporting or protecting brushes or brush holders
    • H02K5/143—Means for supporting or protecting brushes or brush holders for cooperation with commutators
    • H02K5/148—Slidably supported brushes
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
    • H02K9/06—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium with fans or impellers driven by the machine shaft
    • H—ELECTRICITY
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/28—Cooling of commutators, slip-rings or brushes e.g. by ventilating

Definitions

  • the holding element of the heat sink surrounds the circuit board in a ring, since this ensures particularly effective heat dissipation.
  • a particularly space-saving configuration can advantageously be achieved in that the printed circuit board surrounds the motor shaft of the electric drive motor in the circumferential direction. It has proven to be particularly favorable here if the printed circuit board is designed to be approximately circular.
  • the control unit 16 conventionally comprises' nschaltern amplifier FET control electronics for generating pulse-modulated control signals as well as power electronics with a plurality, such as 197 02 949 Al for example known from the German Offenlegungsschrift DE.
  • the on the circuit board 50 held electronic components are electrically connected via connection lines 52 led out of the housing 18 to a voltage supply and to a control device, for example a central engine management system of a motor vehicle.
  • a plurality of fins 63 oriented perpendicular to the side wall 40 are provided on the inside 41 of the side wall 40 of the fan cup 36 facing the sleeve 56, at a uniform distance from one another. If the fan wheel 12 is driven by the fan motor 14 to perform a rotary movement, the air inside the fan cup 36 is set in rotation due to the fins 63 oriented transversely to the direction of rotation of the fan wheel 12. This rotational movement in turn has the result that a centrifugal force acts on the air, so that the air is thrown obliquely outwards.

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Abstract

The invention relates to an electric drive system, especially for a fan of a motor vehicle, comprising an electric drive motor and an electronic control unit for controlling the drive motor. Said drive motor comprises a commutator and associated power supply devices which are grindingly fixed on the commutator, and the control unit has an electronics assembly which is located on a printed circuit board. The aim of the invention is to simplify the construction of an electric drive system of this type and to reduce the costs of its assembly. To this end, the drive motor and the control unit are located in a common housing, while the power supply devices are fixed on the printed circuit board. The invention also relates to an electric fan with an electric drive system of this type.

Description

Elektrischer Antrieb Electric drive
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb, insbesondere für einen Lüfter eines Kraftfahrzeugs, mit einem elektrischen Antriebsmotor und mit einer Steuereinheit zur Ansteuerung des Antriebsmotors, wobei der Antriebsmotor einen Kommutator und am Kommutator schleifend gehaltene Stromzuführungen umfaßt und wobei die Steuereinheit eine Leiterplatte aufweist.The invention relates to an electric drive, in particular for a fan of a motor vehicle, with an electric drive motor and with a control unit for controlling the drive motor, the drive motor comprising a commutator and current leads held on the commutator, and the control unit having a circuit board.
Die Erfindung betrifft außerdem einen elektrischen Lüfter, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem derartigen elektrischen Antrieb und mit einem vom Antriebsmotor antreibbaren Lüfterrad.The invention also relates to an electric fan, in particular for motor vehicles, with such an electric drive and with a fan wheel which can be driven by the drive motor.
Elektrische Antriebe der voranstehend genannten Art kommen insbesondere in Kraftfahrzeugen zum Antrieb elektrischer Lüfter zum Einsatz, die mit einem Kühleraggregat des Kraftfahrzeugs zusammenwirken. Hierbei ist der Antriebsmotor üblicherweise mit einem Lüfterrad zu einer baulichen Einheit zusammengebaut, während die Steuereinheit über elektrische Verbindungskabel mit dem Antriebsmotor in Verbindung steht und in einem separaten Gehäuse im Abstand vom Antriebsmotor angeordnet ist. Die Steuereinheit ermöglicht eine leistungsgesteuerte Ansteuerung des Antriebsmotors und umfaßt hierzu üblicherweise eine Leistungselektronik mit mindestens einem in einem Laststromkreis wirksamen Halbleiterschalter, in der Regel einen FET- Endstufenschalter, zum Schalten eines Speisestroms für den Antriebsmotor sowie eine Steuerelektronik zur Ansteuerung des Halbleiterschalters. Die Leistungs- und die Steuerelektronik sind als gemeinsame Elektronikbaugruppe auf der Leiterplatte gehalten. Derartige Steuereinheiten sind beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 02 949 AI bekannt.Electric drives of the type mentioned above are used in particular in motor vehicles to drive electrical fans which interact with a cooler unit of the motor vehicle. Here, the drive motor is usually assembled with a fan wheel to form a structural unit, while the control unit is connected to the drive motor via electrical connection cables and is arranged in a separate housing at a distance from the drive motor. The control unit enables power-controlled control of the drive motor and, for this purpose, usually comprises power electronics with at least one semiconductor switch active in a load circuit, generally an FET output stage switch, for switching a supply current for the drive motor and control electronics for controlling the semiconductor switch. The Power and control electronics are held on the circuit board as a common electronic assembly. Control units of this type are known, for example, from German published patent application DE 197 02 949 AI.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen Antrieb der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß er einen konstruktiv einfacheren Aufbau aufweist und kostengünstiger montierbar ist.The object of the present invention is to develop an electric drive of the type mentioned at the outset in such a way that it has a structurally simpler structure and can be assembled more cost-effectively.
Diese Aufgabe wird bei einem elektrischen Antrieb der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Antriebsmotor und die Steuereinheit in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, wobei die Stromzuführungen an der Leiterplatte gehalten sind.This object is achieved with an electric drive of the generic type according to the invention in that the drive motor and the control unit are arranged in a common housing, the power supply lines being held on the circuit board.
Erfindungsgemäß bilden die Steuereinheit und der Antriebsmotor eine Baueinheit und sind hierzu in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Eine derartige kompakte Anordnung weist einen deutlich geringeren Platzbedarf auf als dies bei üblichen Lüfterantrieben der Fall ist, die aus mehreren Einzelkomponenten zusammengesetzt sind. Außerdem zeichnet sich die erfindungsgemäße Konstruktion durch eine sehr gute elektromagnetische Verträglichkeit aus, da die Leistungselektronik der Steuereinheit dem Antriebsmotor unmittelbar benachbart angeordnet und gemeinsam mit diesem vom Gehäuse umgeben ist, das eine Abstrahlung elektromagnetischer Störstrahlung zuverlässig verhindert. Insbesondere entfällt bei dem elektrischen Antrieb eine separate Stromversorgungsleitung zwischen der Steuereinheit und dem Antriebsmotor. Diese Stromversorgungsleitung bildet einen Hauptverursacher für elektromagnetische Störstrahlung. Auch die Handhabung des elektrischen Antriebs wird erheblich erleichtert. Außerdem hat die Ausbildung des elektrischen Antriebs in Form einer baulichen Einheit eine geringere Störungsanfälligkeit zur Folge.According to the invention, the control unit and the drive motor form a structural unit and are arranged in a common housing for this purpose. Such a compact arrangement requires significantly less space than is the case with conventional fan drives which are composed of several individual components. In addition, the construction according to the invention is distinguished by very good electromagnetic compatibility, since the power electronics of the control unit are arranged directly adjacent to the drive motor and are surrounded by it together with the housing, which reliably prevents radiation of electromagnetic interference radiation. In particular, there is no separate power supply line between the control unit and the drive motor in the electric drive. This power supply line is a major cause of electromagnetic interference. The handling of the electric drive is also considerably relieved. In addition, the design of the electric drive in the form of a structural unit results in less susceptibility to faults.
Der elektrische Antriebsmotor ist als Kommutatormotor mit einem Kommutator (Stromwender) ausgestaltet. Der Kommutator ist in üblicher Weise an einem rotierenden Anker des Antriebsmotors gehalten. Am Kommutator sind Stromzuführungen schleifend gehalten, die entsprechend einem feststehenden Ständer des Antriebsmotors innerhalb des Gehäuses fixiert sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Stromzuführungen an der Leiterplatte gehalten sind, die die Elektronikbaugruppe der Steuereinheit aufnimmt. Dies hat eine besonders kompakte Ausgestaltung sowie eine verbesserte Abfuhr der an den Stromzuführungen auftretenden Wärme zur Folge, wodurch die Temperatur der Stromzuführungen reduziert wird und damit deren Standzeit erheblich verlängert wird.The electric drive motor is designed as a commutator motor with a commutator (commutator). The commutator is held in the usual way on a rotating armature of the drive motor. Current leads are held on the commutator by grinding, which are fixed within the housing in accordance with a fixed stand of the drive motor. According to the invention it is provided that the power supply lines are held on the circuit board which receives the electronics module of the control unit. This results in a particularly compact design and an improved dissipation of the heat occurring at the power supply lines, as a result of which the temperature of the power supply lines is reduced and thus their service life is considerably extended.
Ein weiterer Vorteil der erfϊndungsgemäßen Ausgestaltung ist darin zu sehen, daß die Anordnung der Stromzuführungen an der Leiterplatte der Steuereinheit eine kurze Verbindung insbesondere zwischen der Leistungselektronik der Steuereinheit und den Stromzuführungen ermöglicht. Dies führt zu einem verbesserten Wirkungsgrad des Gesamtsystems. Die kurze Verbindung zwischen der Steuereinheit und den Stromzuführungen bewirkt außerdem eine verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit, da die Länge der energieabstrahlenden und -aufnehmenden Verbindungsleitungen verkürzt ist. Der erfindungsgemäße elektrische Antrieb zeichnet sich außerdem durch geringere Herstellungskosten aus, denn eine separate Halterung der Stromzuführungen kann entfallen. Auch die Montage des elektrischen Antriebs wird dadurch vereinfacht.Another advantage of the configuration according to the invention is that the arrangement of the current leads on the circuit board of the control unit enables a short connection, in particular between the power electronics of the control unit and the current leads. This leads to an improved efficiency of the overall system. The short connection between the control unit and the power supply leads also to an improved electromagnetic compatibility, since the length of the energy-radiating and absorbing connecting lines is shortened. The electric drive according to the invention is also characterized by lower manufacturing costs, since a separate mounting of the power supply lines can be omitted. This also simplifies the assembly of the electric drive.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Steuereinheit einen Kühlkörper umfaßt, der thermisch mit den Stromzuführungen gekoppelt ist. Der Kühlkörper übernimmt hierbei nicht nur die Aufgabe, die insbesondere an der Leistungselektronik der Steuereinheit auftretende Wärme an die Umgebung abzuführen, sondern dient gleichzeitig der Kühlung der Stromzuführungen, die thermisch mit dem Kühlkörper gekoppelt sind. Die Kopplung kann hierbei über die Leiterplatte der Steuereinheit erfolgen, die sowohl am Kühlkörper als auch an den Stromzuführungen anliegt.In a particularly preferred embodiment it is provided that the control unit comprises a heat sink which is thermally coupled to the power supply lines. The heat sink not only performs the task of dissipating the heat that occurs in particular on the power electronics of the control unit to the environment, but also serves to cool the power supply lines that are thermally coupled to the heat sink. The coupling can take place here via the printed circuit board of the control unit, which bears both on the heat sink and on the power supply lines.
Vorzugsweise umfaßt der Kühlkörper mehrere Kühlelemente, die an einer Lüftungsöffnung des Gehäuses angeordnet sind, sowie ein Halteelement, an dem die Leiterplatte festgelegt ist. Bei Einsatz des elektrischen Antriebs in einem Lüfter, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, kann vorgesehen sein, daß durch die Lüftungsöffnung, an der die Kühlelemente des Kühlkörpers gehalten sind, ein vom Lüfter erzeugter Kühlluftstrom hindurchführt, so daß eine besonders effektive Wärmeabfuhr sichergestellt ist.The heat sink preferably comprises a plurality of cooling elements, which are arranged on a ventilation opening of the housing, and a holding element, on which the printed circuit board is fixed. When using the electric drive in a fan, in particular for a motor vehicle, it can be provided that a cooling air flow generated by the fan leads through the ventilation opening at which the cooling elements of the heat sink are held, so that particularly effective heat dissipation is ensured.
Günstig ist es, wenn das Halteelement des Kühlkörpers die Leiterplatte ringförmig umgibt, denn dadurch wird eine besonders effektive Wärmeabfuhr gewährleistet. Eine besonders platzsparende Ausgestaltung kann in vorteilhafter Weise dadurch erzielt werden, daß die Leiterplatte die Motorwelle des elektrischen Antriebsmotors in Umfangsrichtung umgibt. Hierbei hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Leiterplatte ungefähr kreisringförmig ausgestaltet ist.It is expedient if the holding element of the heat sink surrounds the circuit board in a ring, since this ensures particularly effective heat dissipation. A particularly space-saving configuration can advantageously be achieved in that the printed circuit board surrounds the motor shaft of the electric drive motor in the circumferential direction. It has proven to be particularly favorable here if the printed circuit board is designed to be approximately circular.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs ist vorgesehen, daß die Leiterplatte zusammen mit den Stromzuführungen und dem Kühlkörper eine selbständig handhabbare Baueinheit ausbildet. Durch eine derartige Ausgestaltung wird die Montage des elektrischen Antriebs erheblich vereinfacht, denn es ist lediglich erforderlich, den Antriebsmotor und die voranstehend genannte Baueinheit zusammen in einem Gehäuse zu montieren. Dies ermöglicht insbesondere eine Vormontage der, Baueinheit, umfassend die Leiterplatte mit der daran angeordneten Elektronikbaugruppe, die Stromzuführungen und den Kühlkörper.In a particularly preferred embodiment of the electric drive according to the invention it is provided that the printed circuit board, together with the power supply lines and the heat sink, forms an independently manageable structural unit. Such a configuration considerably simplifies the assembly of the electric drive, since it is only necessary to mount the drive motor and the above-mentioned structural unit together in one housing. This enables, in particular, a pre-assembly of the structural unit, comprising the printed circuit board with the electronic assembly arranged thereon, the power supply lines and the heat sink.
Vorzugsweise sind die Stromzuführungen als Kohlebürsten ausgestaltet. Alternativ könnte für die Stromzuführungen beispielsweise auch ein Kupferdrahtgewebe zum Einsatz kommen.The power supply lines are preferably designed as carbon brushes. Alternatively, a copper wire mesh could also be used for the power supply.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Kohlebürsten jeweils an einem Kohlebürstenhalter verschiebbar anzuordnen, der auf der Leiterplatte festgelegt ist.It has proven to be particularly advantageous to arrange the carbon brushes in a displaceable manner on a carbon brush holder which is fixed on the printed circuit board.
Wie bereits erwähnt, eignet sich der erfindungsgemäße elektrische Antrieb insbesondere für den Einsatz in einem elektrischen Lüfter, vorzugsweise für Kraftfahrzeuge. Der Lüfter umfaßt hierbei ein Lüfterrad, das vom Antriebsmotor in Drehung versetzt werden kann. Hierbei hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn mittels des Lüfterrads innerhalb des Gehäuses ein Kühlluftstrom erzeugbar ist, der die Leiterplatte und die daran gehaltenen Stromzuführungen erfaßt.As already mentioned, the electric drive according to the invention is particularly suitable for use in an electric fan, preferably for Motor vehicles. The fan here comprises a fan wheel which can be set in rotation by the drive motor. It has proven to be particularly favorable here if a cooling air flow can be generated by means of the fan wheel within the housing, which coolant covers the printed circuit board and the current leads held thereon.
So kann beispielsweise vorgesehen sein, daß das Gehäuse dem Lüfterrad benachbart eine Luftaustrittsöffnung und im Abstand zu dieser eine Lufteintrittsöffnung aufweist, wobei mittels des Lüfterrades im Bereich der Luftaustrittsöffnung ein Unterdruck erzeugbar ist und sich innerhalb des Gehäuses ein Saugstrom von der Lufteintrittsöffnung zur Luftaustrittsöffnung ausbildet. Die Leiterplatte mit den daran gehaltenen Stromzuführungen ist bevorzugt der Lufteintritts- oder Luftaustrittsöffnung benachbart angeordnet. Insbesondere eine Anordnung im Bereich der Lufteintrittsöffnung hat sich zur Erzielung einer guten Wärmeabfuhr als besonders vorteilhaft erwiesen.For example, it can be provided that the housing has an air outlet opening adjacent to the fan wheel and an air inlet opening at a distance therefrom, a negative pressure being able to be generated in the region of the air outlet opening by means of the fan wheel and a suction flow being formed within the housing from the air inlet opening to the air outlet opening. The circuit board with the current leads held thereon is preferably arranged adjacent to the air inlet or air outlet opening. In particular, an arrangement in the area of the air inlet opening has proven to be particularly advantageous for achieving good heat dissipation.
Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:The following description of a preferred embodiment of the invention serves in conjunction with the drawing for a more detailed explanation. Show it:
Figur 1: eine schematische Schnittansicht eines elektrischen Lüfters für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb undFigure 1 is a schematic sectional view of an electric fan for a motor vehicle with an electric drive and
Figur 2: eine schaubildliche Darstellung einer selbständig handhabbaren Baugruppe des elektrischen Antriebs umfassend einen Kühlkörper mit daran festgelegter Leiterplatte und an dieser gehaltenen Kohlebürsten. In Figur 1 ist schematisch ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegter elektrischer Lüfter dargestellt, der insbesondere bei Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen kann, wobei er innerhalb des Motorraums an einem Kühleraggregat positioniert wird, so daß ein vom Lüfter 10 erzeugter Luftstrom auf das Kühleraggregat gerichtet werden kann. Der elektrische Lüfter 10 umfaßt ein Lüfterrad 12 und einen Antriebsmotor 14, der im folgenden als Lüftermotor bezeichnet wird. Außerdem ist eine elektronische Steuereinheit 16 vorgesehen, die gemeinsam mit dem Lüftermotor 14 in einem im wesentlichen zylinder- förmigen Gehäuse 18 angeordnet ist. Das Gehäuse 18 umfaßt einen dem Lüfterrad 12 zugewandten vorderen Lagerdeckel 20 und einen dem Lüfterrad 12 abgewandten hinteren Lagerdeckel 22, die einen die Steuereinheit 16 und den Lüftermotor 14 in Umfangsrichtung umgebenden Gehäusemantel 24 stirnseitig abschließen. Der vordere Lagerdeckel 20 und der hintere Lagerdeckel 22 bilden jeweils ein Lager für eine Motorwelle 26, die aus dem vorderen Lagerdeckel 20 hervorsteht und eine Längsachse 27 des Lüftermotors 14 definiert.Figure 2 is a diagrammatic representation of an independently manageable assembly of the electric drive comprising a heat sink with a circuit board attached to it and carbon brushes held thereon. 1 schematically shows an electric fan, generally designated by reference number 10, which can be used in particular in motor vehicles, wherein it is positioned on a cooler unit within the engine compartment, so that an air flow generated by fan 10 can be directed onto the cooler unit , The electric fan 10 comprises a fan wheel 12 and a drive motor 14, which is referred to below as a fan motor. In addition, an electronic control unit 16 is provided, which is arranged together with the fan motor 14 in an essentially cylindrical housing 18. The housing 18 comprises a front bearing cover 20 which faces the fan wheel 12 and a rear bearing cover 22 which faces away from the fan wheel 12 and which close off a housing shell 24 surrounding the control unit 16 and the fan motor 14 in the circumferential direction. The front bearing cover 20 and the rear bearing cover 22 each form a bearing for a motor shaft 26 which protrudes from the front bearing cover 20 and defines a longitudinal axis 27 of the fan motor 14.
Der Lüftermotor 14 und die Steuereinheit 16, die gemeinsam innerhalb des Gehäuses 18 gehalten sind, bilden einen elektrischen Antrieb 30 in Form einer kompakten Baueinheit, mit deren Hilfe das Lüfterrad 12 angetrieben werden kann.The fan motor 14 and the control unit 16, which are held together within the housing 18, form an electric drive 30 in the form of a compact structural unit, with the aid of which the fan wheel 12 can be driven.
Das Lüfterrad 12 ist als Axiallüfter ausgestaltet und weist einen den vorderen Lagerdeckel 20 des Gehäuses 18 übergreifenden Lüftertopf 36 auf, der im wesentlichen U-förmig ausgestaltet ist und eine quer zur Längsachse 27 ausgerichtete Bodenwand 38 umfaßt sowie eine einstückig mit der Bodenwand 38 verbundene Seitenwand 40 in Form eines koaxial zur Längsachse 27 ausgerichteten Zylindermantels. In radialem Abstand zur Seitenwand 40 umfaßt das Lüfterrad 12 einen Außenring 42, und zwischen der Seitenwand 40 und dem Außenring 42 verlaufen in üblicher Weise mehrere radial ausgerichtete Lüfterflügel 44.The fan wheel 12 is designed as an axial fan and has a fan cup 36 which overlaps the front bearing cover 20 of the housing 18, which is essentially U-shaped and comprises a bottom wall 38 oriented transversely to the longitudinal axis 27 and a side wall 40 which is integrally connected to the bottom wall 38 in the form of a cylinder jacket aligned coaxially to the longitudinal axis 27. Includes at a radial distance from the side wall 40 the fan wheel 12 has an outer ring 42, and a plurality of radially oriented fan blades 44 run between the side wall 40 and the outer ring 42 in a conventional manner.
Dem vorderen Lagerdeckel 20 zugewandt ist an die Bodenwand 38 des Lüftertopfes 36 eine Hülse 46 angeformt, über die das Lüfterrad 12 drehfest mit dem Lüftermotor 14 verbunden ist, so daß das Lüfterrad 12 um die Längsachse 27 drehend antreibbar ist.Facing the front bearing cover 20, a sleeve 46 is formed on the bottom wall 38 of the fan cup 36, via which the fan wheel 12 is connected in a rotationally fixed manner to the fan motor 14, so that the fan wheel 12 can be driven to rotate about the longitudinal axis 27.
Zum leistungsgesteuerten Betreiben des Lüftermotors 12 dient die innerhalb des Gehäuses 18 angeordnete elektrische Steuereinheit. Wie insbesondere aus Figur 2 deutlich wird, umfaßt die Steuereinheit 16 eine kreisringförmige Leiterplatte 50, die innerhalb des Gehäuses 18 dem hinteren Lagerdeckel 22 benachbart und parallel zu diesem ausgerichtet gehalten ist und die Motorwelle 26 in Umfangsrichtung umgibt. Die Leiterplatte 50 nimmt in an sich bekannter und deshalb in der Zeichnung nicht dargestellter Weise eine Elektronikbaugruppe auf, die eine Vielzahl elektronischer Bauteile umfaßt, die an der Leiterplatte 50 gehalten sind und über elektrische Leiterbahnen miteinander in elektrischer Verbindung stehen. Die elektronischen Bauteile sind zur Erzielung einer besseren Übersichtlichkeit in Figur 2 nicht dargestellt. Die Steuereinheit 16 umfaßt in üblicher Weise eine Steuerelektronik zur Erzeugung pulsweisenmodulierter Steuersignale sowie eine Leistungselektronik mit mehreren FET-Endstufe'nschaltern, wie sie beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 02 949 AI bekannt sind. Die an der Leiterplatte 50 gehaltenen elektronischen Bauteile stehen über aus dem Gehäuse 18 herausgeführte Anschlußleitungen 52 mit einer Spannungsversorgung sowie mit einem Steuergerät, zum Beispiel einem zentralen Motormanagement eines Kraftfahrzeugs, in elektrischer Verbindung.The electrical control unit arranged within the housing 18 serves for the power-controlled operation of the fan motor 12. As is particularly clear from FIG. 2, the control unit 16 comprises an annular printed circuit board 50 which is held within the housing 18 adjacent to the rear bearing cover 22 and aligned parallel to it and surrounds the motor shaft 26 in the circumferential direction. The circuit board 50 accommodates, in a manner known per se and therefore not shown in the drawing, an electronic assembly which comprises a multiplicity of electronic components which are held on the circuit board 50 and are in electrical connection with one another via electrical conductor tracks. The electronic components are not shown in FIG. 2 for better clarity. The control unit 16 conventionally comprises' nschaltern amplifier FET control electronics for generating pulse-modulated control signals as well as power electronics with a plurality, such as 197 02 949 Al for example known from the German Offenlegungsschrift DE. The on the circuit board 50 held electronic components are electrically connected via connection lines 52 led out of the housing 18 to a voltage supply and to a control device, for example a central engine management system of a motor vehicle.
Die Halterung der Leiterplatte 50 innerhalb des Gehäuses 18 erfolgt über einen metallischen Kühlkörper 54, der wiederum am hinteren Lagerdeckel 22 festgelegt ist und eine Vielzahl von Kühlrippen 56 sowie einen die Leiterplatte 50 umgreifenden Haltering 80 aufweist. Die Kühlrippen durchgreifen eine dem hinteren Lagerdeckel 22 benachbart angeordnete, in den Gehäusemantel 24 eingeformte Lufteintrittsöffnung 58. Korrespondierende Luftaustrittsöffnungen 60 sind am vorderen Lagerdeckel 20 vorgesehen, so daß über die Lufteintrittsöffnung 58 und die Luftaustrittsöffnung 60 ein Kühlluftstrom 62 durch das Gehäuse 18 hindurchgeführt werden kann.The circuit board 50 is held within the housing 18 via a metallic heat sink 54, which in turn is fixed on the rear bearing cover 22 and has a plurality of cooling fins 56 and a retaining ring 80 encompassing the circuit board 50. The cooling fins pass through an air inlet opening 58 arranged adjacent to the rear bearing cover 22 and molded into the housing jacket 24. Corresponding air outlet openings 60 are provided on the front bearing cover 20, so that a cooling air flow 62 can be passed through the housing 18 via the air inlet opening 58 and the air outlet opening 60.
Zur Erzeugung des Kühlluftstroms 62 sind an der der Hülse 56 zugewandten Innenseite 41 der Seitenwand 40 des Lüftertopfes 36 in gleichmäßigem Abstand zueinander mehrere senkrecht zur Seitenwand 40 ausgerichtete Lamellen 63 vorgesehen. Wird das Lüfterrad 12 vom Lüftermotor 14 zu einer Drehbewegung angetrieben, so wird innerhalb des Lüftertopfes 36 die Luft aufgrund der quer zur Drehrichtung des Lüfterrads 12 ausgerichteten Lamellen 63 in Rotation versetzt. Diese Rotationsbewegung wiederum hat zur Folge, daß auf die Luft eine Zentrifugalkraft einwirkt, so daß die Luft schräg nach außen geschleudert wird. Somit wird innerhalb des Lüftertopfes 36 im Bereich der am vorderen Lagerdeckel 20 angeordneten Luftaustrittsöffnungen 60 ein Unterdruck erzeugt, der wiederum zur Folge hat, daß über die Lufteintrittsöffnung 58 Luft angesaugt wird. Innerhalb des Gehäuses 18 des elektrischen Antriebs 30 bildet sich somit der Kühlluftstrom 62 aus, der ausgehend von der Lufteintrittsöffnung 58 zunächst im wesentlichen radial ausgerichtet ist bezogen auf die Längsachse 27 und der Leiterplatte 50 benachbart einen radialen Strömungsabschnitt ausbildet. In Richtung des vorderen Lagerdeckels 20 geht der Kühlluftstrom 62 anschließend in einen im wesentlichen axial ausgerichteten Strömungsabschnitt über und tritt durch die Luftaustrittsöffnungen 60 aus dem Gehäuse 18 heraus.To generate the cooling air flow 62, a plurality of fins 63 oriented perpendicular to the side wall 40 are provided on the inside 41 of the side wall 40 of the fan cup 36 facing the sleeve 56, at a uniform distance from one another. If the fan wheel 12 is driven by the fan motor 14 to perform a rotary movement, the air inside the fan cup 36 is set in rotation due to the fins 63 oriented transversely to the direction of rotation of the fan wheel 12. This rotational movement in turn has the result that a centrifugal force acts on the air, so that the air is thrown obliquely outwards. Thus, a negative pressure is generated within the fan cup 36 in the region of the air outlet openings 60 arranged on the front bearing cover 20, which in turn has the consequence that air is sucked in via the air inlet opening 58. Inside the housing 18 of the electrical The drive 30 thus forms the cooling air flow 62 which, starting from the air inlet opening 58, is initially oriented essentially radially with respect to the longitudinal axis 27 and forms a radial flow section adjacent to the printed circuit board 50. In the direction of the front bearing cover 20, the cooling air flow 62 then changes into an essentially axially aligned flow section and exits the housing 18 through the air outlet openings 60.
Die Kühlrippen 56 des Kühlkörpers 54 sind innerhalb der Lufteintrittsöffnung 58 angeordnet und werden somit vom Kühlluftstrom 62 durchströmt. Dies hat eine wirksame Kühlung des Kühlkörpers 54 und der daran festgelegten Leiterplatte 50 zur Folge. Auch der Lüftermotor 14 wird effektiv gekühlt, da er praktisch entlang seiner gesamten Längserstreckung vom Kühlluftstrom 62 erfaßt wird.The cooling fins 56 of the heat sink 54 are arranged within the air inlet opening 58 and are therefore flowed through by the cooling air flow 62. This results in effective cooling of the heat sink 54 and the circuit board 50 fixed thereon. The fan motor 14 is also effectively cooled, since it is covered by the cooling air flow 62 practically along its entire longitudinal extent.
Der Lüftermotor 14 ist als Kommutatormotor ausgestaltet. Er umfaßt in üblicher Weise einen am Gehäuse 18 festgelegten Ständer 66 und einen an den Lagerdeckeln 20 und 22 drehbar gelagerten Anker 68. Am Anker 68 ist in Höhe der Leiterplatte 50 in üblicher Weise ein in der Zeichnung nur schematisch dargestellter Kommutator 70 gehalten, an dem zwei Kohlebürsten 72, 74 schleifend anliegen. Letztere sind an der Leiterplatte 50 gehalten. Hierzu sind an der Leiterplatte 50 zwei Kohlebürstenhalter 76, 78 fixiert, die jeweils eine Kohlebürste 72 bzw. 74 aufnehmen. Die Kohlebürstenhalter 76, 78 bilden hierbei ein Gehäuse, in welchem die Kohlebürsten 72 bzw. 74 in Richtung auf den Kommutator 70 verschieblich gehalten sind. Wie aus Figur 2 deutlich wird, ist die Leiterplatte 50 in Umfangsrichtung vom Haltering 80 umgeben, der einstückig mit den Kühlrippen 56 verbunden ist und an dem die Leiterplatte 50 festgelegt ist. Der Haltering 80 bildet einen Teil des Kühlkörpers 54 und ist den Kohlebürstenhaltern 76 und 78 unmittelbar benachbart. Dadurch wird eine optimale Wärmeabfuhr von den Kohlebürsten 72 und 74 über die Kohlebürstenhalter 76 bzw. 78 und die Leiterplatte 50 an den Kühlkörper 54 sichergestellt. Dies hat zur Folge, daß die Kohlebürsten 72 und 74 beim Betrieb des elektrischen Antriebs 30 eine verhältnismäßig geringe Temperatur aufweisen, wodurch die Standzeit des elektrischen Antriebs erheblich verlängert wird.The fan motor 14 is designed as a commutator motor. It comprises in the usual way a stand 66 fixed to the housing 18 and an armature 68 which is rotatably mounted on the bearing caps 20 and 22. A commutator 70, only schematically shown in the drawing, is held on the armature 68 at the level of the circuit board 50, on which two carbon brushes 72, 74 are grinding. The latter are held on the circuit board 50. For this purpose, two carbon brush holders 76, 78 are fixed to the circuit board 50, each of which receives a carbon brush 72 and 74, respectively. The carbon brush holders 76, 78 here form a housing in which the carbon brushes 72 and 74 are held displaceably in the direction of the commutator 70. As is clear from FIG. 2, the circuit board 50 is surrounded in the circumferential direction by the retaining ring 80, which is connected in one piece to the cooling fins 56 and on which the circuit board 50 is fixed. The retaining ring 80 forms part of the heat sink 54 and is directly adjacent to the carbon brush holders 76 and 78. This ensures optimum heat dissipation from the carbon brushes 72 and 74 via the carbon brush holders 76 and 78 and the printed circuit board 50 to the heat sink 54. The consequence of this is that the carbon brushes 72 and 74 have a relatively low temperature when the electric drive 30 is in operation, which considerably extends the service life of the electric drive.
Die Kohlebürsten 72 und 74 sind über in der Zeichnung nicht dargestellte, an sich bekannte Kupferleitungen mit der Leistungselektronik der Steuereinheit 16 verbunden. Aufgrund der Anordnung der Kohlebürsten 72 und 74 an der Leiterplatte 50 können hierbei die elektrischen Verbindungsleitungen sehr kurz gehalten werden, so daß sich ein sehr guter Gesamtwirkungsgrad des elektrischen Antriebs 30 ergibt und die Abstrahlung und Aufnahme elektromagnetischer Störstrahlung gering gehalten wird.The carbon brushes 72 and 74 are connected to the power electronics of the control unit 16 via copper lines, not known in the drawing, which are known per se. Due to the arrangement of the carbon brushes 72 and 74 on the circuit board 50, the electrical connecting lines can be kept very short, so that the overall efficiency of the electrical drive 30 is very good and the radiation and absorption of electromagnetic interference radiation are kept low.
Wie aus Figur 2 deutlich wird, bildet der Kühlkörper 54 in Kombination mit der Leiterplatte 50 und den Kohlebürsten 72, 74 mit zugeordneten Kohlebürstenhalter 76, 78 eine selbständig handhabbare Baueinheit, wodurch die Montage des elektrischen Antriebs 30 vereinfacht wird. As is clear from FIG. 2, the heat sink 54 in combination with the printed circuit board 50 and the carbon brushes 72, 74 with associated carbon brush holders 76, 78 forms an independently manageable structural unit, which simplifies the assembly of the electric drive 30.

Claims

P A T E N T A N S P R U C H E PATENT CLAIMS
1. Elektrischer Antrieb, insbesondere für einen Lüfter eines Kraftfahrzeugs, mit einem elektrischen Antriebsmotor und mit einer elektronischen Steuereinheit zur Ansteuerung des Antriebsmotors, wobei der Antriebsmotor einen Kommutator und am Kommutator schleifend gehaltene Stromzuführungen umfaßt und die Steuereinheit eine Leiterplatte aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (14) und die Steuereinheit (16) in einem gemeinsamen Gehäuse (18) angeordnet sind, wobei die Stromzuführungen (72, 74) an der Leiterplatte (50) gehalten sind.1.Electric drive, in particular for a fan of a motor vehicle, with an electric drive motor and with an electronic control unit for controlling the drive motor, the drive motor comprising a commutator and current leads held on the commutator and the control unit having a printed circuit board, characterized in that the Drive motor (14) and the control unit (16) are arranged in a common housing (18), the power supply lines (72, 74) being held on the printed circuit board (50).
2. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (16) einen Kühlkörper (54) umfaßt, der thermisch mit den Stromzuführungen (72, 74) gekoppelt ist.2. Electric drive according to claim 1, characterized in that the control unit (16) comprises a heat sink (54) which is thermally coupled to the power supply lines (72, 74).
3. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (54) mehrere Kühlelemente (56) aufweist, die an einer Lüftungsöffnung (58) des Gehäuses (18) angeordnet sind, sowie ein Halteelement (80), an dem die Leiterplatte (50) festgelegt ist.3. Electric drive according to claim 2, characterized in that the heat sink (54) has a plurality of cooling elements (56) which are arranged on a ventilation opening (58) of the housing (18), and a holding element (80) on which the circuit board (50) is set.
4. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement (80) die Leiterplatte (50) ringförmig umgibt. 4. Electric drive according to claim 3, characterized in that the holding element (80) surrounds the circuit board (50) in a ring.
5. Elektrischer Antrieb nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (50) die Motorwelle (26) in Umfangsrichtung umgibt.5. Electric drive according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit board (50) surrounds the motor shaft (26) in the circumferential direction.
6. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (50) ungefähr kreisringförmig ausgestaltet ist.6. Electric drive according to claim 5, characterized in that the circuit board (50) is approximately circular.
7. Elektrischer Antrieb nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (50) zusammen mit den Stromzuführungen (72, 74) und dem Kühlkörper (54) eine selbständig handhabbare Baueinheit ausbildet.7. Electric drive according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit board (50) together with the power supply lines (72, 74) and the heat sink (54) forms an independently manageable unit.
8. Elektrischer Antrieb nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungen als Kohlebürsten (72, 74) ausgestaltet sind.8. Electric drive according to one of the preceding claims, characterized in that the power supplies are designed as carbon brushes (72, 74).
9. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlebürsten (72, 74) jeweils an einem Kohlebürstenhalter (76, 78) verschiebbar gehalten sind, der auf der Leiterplatte (50) festgelegt ist.9. Electric drive according to claim 8, characterized in that the carbon brushes (72, 74) are each slidably held on a carbon brush holder (76, 78) which is fixed on the circuit board (50).
10. Elektrischer Lüfter, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem elektrischen Antrieb (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche und mit einem vom Antriebsmotor (14) des elektrischen Antriebs (30) antreibbaren Lüfterrad (12). 10. An electric fan, in particular for a motor vehicle, with an electric drive (30) according to one of the preceding claims and with a fan wheel (12) which can be driven by the drive motor (14) of the electric drive (30).
1. Elektrischer Lüfter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Lüfterrades ein Kühlluftstrom durch das Gehäuse (18) des elektrischen Antriebs (30) hindurch erzeugbar ist, der die Leiterplatte (50) und die daran gehaltenen Stromzuführungen erfaßt. 1. Electric fan according to claim 10, characterized in that by means of the fan wheel a cooling air flow through the housing (18) of the electric drive (30) can be generated, which detects the circuit board (50) and the current leads held thereon.
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