EP3738198A1 - Kfz-nebenaggregat-elektromotor - Google Patents

Kfz-nebenaggregat-elektromotor

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EP3738198A1
EP3738198A1 EP18814869.6A EP18814869A EP3738198A1 EP 3738198 A1 EP3738198 A1 EP 3738198A1 EP 18814869 A EP18814869 A EP 18814869A EP 3738198 A1 EP3738198 A1 EP 3738198A1
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EP
European Patent Office
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motor
stator
electric motor
electronics unit
contact
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Withdrawn
Application number
EP18814869.6A
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English (en)
French (fr)
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Andreas Wulf
Wolfgang Pilenz
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Pierburg Pump Technology GmbH
Original Assignee
Pierburg Pump Technology GmbH
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Publication date
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    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/40—Structural association with grounding devices
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    • 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
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    • H—ELECTRICITY
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    • H02K2211/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to measuring or protective devices or electric components
    • H02K2211/03—Machines characterised by circuit boards, e.g. pcb

Definitions

  • the invention relates to a motor vehicle auxiliary machine electric motor, for example for an electric gas pump of a motor vehicle (motor vehicle).
  • Such an electric motor comprises a permanent magnet motor rotor and a motor stator with a ferromagnetic stator body and at least one stator coil. Further, the electric motor has a motor electronics unit, which is electrically connected to the stator coil to drive the stator coil and thereby drive the motor rotor.
  • the engine electronics unit includes an external ground terminal to connect the engine electronics unit to an external vehicle ground.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • the motor vehicle auxiliary motor comprises a permanent magnet motor rotor and a motor stator with a ferromagnetic stator body and at least one stator coil.
  • the motor rotor may be a preferably ferromagnetic rotor body with separate permanent magnets. Alternatively, the motor rotor may also comprise a monolithic permanent magnetic rotor body.
  • the automotive accessory electric motor comprises a motor electronics unit which is electrically connected to the stator coil to drive the stator coil and thereby drive the motor rotor.
  • the engine electronics comprises a plurality of power semiconductors in order to commutate the electrical energy for driving the stator coil.
  • the engine electronics unit is electrically connected to an external vehicle ground via an external ground terminal to facilitate powering the engine electronics unit.
  • the motor electronics unit has an internal ground contact, which is electrically connected directly to the external ground terminal via a low-resistance electrical connection.
  • the motor vehicle accessory electric motor according to the invention comprises a contact spring, which creates a direct low-resistance electrical connection between the stator body and the internal ground contact of the engine electronics unit and thus the vehicle mass.
  • the stator can act as an electromagnetic shield, whereby the emitted electromagnetic radiation of the electric motor is dramatically reduced and consequently the EMC properties of the electric motor can be significantly improved.
  • the motor vehicle accessory electric motor according to the invention reliably and permanently enables good EMC properties even when using an electrically insulating plastic housing, which thus can not function as an electrical shield, and even at high engine speeds, in which the electromagnetic interference is particularly pronounced.
  • the inventive mechanically flexible contact spring thus enables a particularly reliable electrical connection between the internal ground contact and the stator body.
  • the stator of the motor stator is formed of a laminated core, whereby eddy currents are minimized in the stator.
  • the individual sheets of the laminated core are in this case electrically connected to each other, for example via a positive connection by corresponding stampings.
  • the stator has only a single stator coil. This allows a very compact and inexpensive design of the electric motor.
  • the contact spring is a helical spring, which has a high flexibility in the axial and in the radial direction and thus can compensate for both axial and radial displacements between the internal ground contact and the stator body.
  • the engine electronics on a circuit board on which the internal ground contact is arranged.
  • the printed circuit board allows a particularly simple arrangement of the electronics.
  • the Printed circuit board consists for example of a fiber-reinforced plastic and includes interconnects for the electrical connection of the individual electronic components.
  • the internal ground contact is formed by a non-insulated strip conductor region of the printed circuit board, which is electrically connected directly to the external ground connection. This allows a simple and inexpensive execution of the internal ground contact, for which no additional contact elements must be provided.
  • the contact spring is attached to the circuit board, for example by a solder joint, and is applied to the stator only.
  • This allows a very simple installation of the contact spring.
  • stress-induced mechanical damage to the contact spring or its attachment can be avoided by the one-sided attachment of the contact spring.
  • a suitable axial bias of the contact spring By a suitable axial bias of the contact spring, a reliable electrical connection between the internal ground contact and the stator can be ensured despite the one-sided attachment.
  • the figure shows a motor vehicle accessory electric motor 10, for example for use in a degassing pump of a motor vehicle fuel tank.
  • degassing pumps are operated at speeds greater than 10,000 rpm and therefore are particularly prone to the generation of electromagnetic interference radiation.
  • the electric motor 10 comprises a housing 11, which in the present exemplary embodiment consists of electrically insulating plastic, a motor stator 12, a permanent magnet motor rotor 14 with a rotor shaft 16, and a motor electronics unit 18.
  • the motor stator 12 comprises a stator body 20, comprising a laminated core of a plurality of electrically interconnected ferromagnetic sheets 22, and comprises a single stator coil 24.
  • the motor electronics unit 18 includes a printed circuit board 28, on which motor electronics 30 is arranged.
  • the engine electronics 30 are electrically connected to the stator coil 24 via a connector 26 to drive the stator coil 24 to thereby drive the motor rotor 14.
  • the engine electronics unit 18 includes an external ground terminal 32 that is electrically connected to an external vehicle ground 34.
  • the printed circuit board 28 comprises a conductor track 36 which connects the external ground terminal 32 electrically to the engine electronics 30.
  • the printed circuit board 28 has a non-insulated
  • Track area 38 of the conductor 36 which forms an internal ground contact 40 of the engine electronics unit 18.
  • the internal ground contact 40 is electrically connected to the stator body 20 via a contact spring 42, which in the present embodiment is a helical spring made of a material having a high electrical conductivity.
  • the contact spring 42 is fixed to the internal ground contact 40 with a first axial end 44, for example by a solder connection, and contacts the stator body 20 with a second opposing axial end 46.
  • the contact spring is axially biased to provide both axial and radial displacements between the stator and stator Stator body 20 and the
  • the contact spring 40 provides an electrical potential equalization between the stator 20 and the internal ground contact 40 and thus a potential equalization between the stator 20 and the vehicle ground 34.
  • Flier discard the stator 20 can act as an electromagnetic shield, whereby the EMC properties of the stator 20
  • Electric motor 10 can be significantly improved.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

KFZ-Nebenaggregat-Elektromotor (10) mit einem permanentmagnetischen Motorrotor (14), einem Motorstator (12) mit einem ferromagnetischen Statorkörper (20) und mit mindestens einer Statorspule (24), einer Motorelektronikeinheit (18) mit einem externen Masseanschluss (32) für die elektrische Verbindung der Motorelektronikeinheit (18) mit einer externen Fahrzeugmasse (34), und mit einem internen Massekontakt (40), welcher elektrisch mit dem externen Masseanschluss (32) verbunden ist, wobei die Motorelektronikeinheit (18) elektrisch mit der Statorspule (24) verbunden ist, um die Statorspule (24) anzusteuern, und einer Kontaktfeder (42), welche eine direkte elektrische Verbindung zwischen dem internen Massekontakt (40) der Motorelektronikeinheit (18) und dem Statorkörper (20) schafft.

Description

KFZ-Nebenaggregat-Elektromotor Die Erfindung betrifft einen KFZ-Nebenaggregat-Elektromotor, beispielsweise für eine elektrische Gaspumpe eines Kraftfahrzeugs (KFZ).
Ein derartiger Elektromotor umfasst einen permanentmagnetischen Motorrotor und einen Motorstator mit einem ferromagnetischen Statorkörper und mindestens einer Statorspule. Ferner weist der Elektromotor eine Motorelektronikeinheit auf, welche elektrisch mit der Statorspule verbunden ist, um die Statorspule anzusteuern und dadurch den Motorrotor anzutreiben. Die Motorelektronikeinheit umfasst einen externen Massenanschluss, um die Motorelektronikeinheit mit einer externen Fahrzeugmasse zu verbinden.
Wie alle elektronischen Geräte emittieren auch Elektromotoren elektromagnetische Störstrahlung, welche Fehlfunktionen oder einen Ausfall von elektronischen Geräten in der Umgebung des Elektromotors verursachen kann, beispielsweise kann die KFZ-Motorsteuerelektronik gestört werden. Aus diesem Grund müssen elektronische Geräte anwendungsspezifische Richtlinien zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) erfüllen. Es stellt sich daher die Aufgabe, einen KFZ-Nebenaggregat-Elektromotor zu schaffen, welcher gleichbleibend gute EMV-Eigenschaften aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen KFZ-Nebenaggregat-Elektromotor mit den Merkmalen des Flauptanspruchs 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße KFZ-Nebenaggregat-Elektromotor umfasst einen permanentmagnetischen Motorrotor und einen Motorstator mit einem ferromagnetischen Statorkörper und mindestens einer Statorspule. Der Motorrotor kann ein vorzugsweise ferromagnetischer Rotorkörper mit separaten Permanentmagneten sein. Alternativ kann der Motorrotor auch einen monolithischen permanentmagnetischen Rotorkörper aufweisen.
Der erfindungsgemäße KFZ-Nebenaggregat-Elektromotor umfasst eine Motorelektronikeinheit, welche elektrisch mit der Statorspule verbunden ist, um die Statorspule anzusteuern und dadurch den Motorrotor anzutreiben. Die Motorelektronik umfasst mehrere Leistungshalbleiter, um die elektrische Energie zur Ansteuerung der Statorspule zu kommutieren. Die Motorelektronikeinheit ist über einen externen Masseanschluss elektrisch mit einer externen Fahrzeugmasse verbunden, um eine Energieversorgung der Motorelektronikeinheit zu ermöglichen. Ferner weist die Motorelektronikeinheit einen internen Massekontakt auf, welcher elektrisch direkt über eine niederohmige elektrische Verbindung mit dem externen Masseanschluss verbunden ist.
Der erfindungsgemäße KFZ-Nebenaggregat-Elektromotor umfasst eine Kontaktfeder, welche eine direkte niederohmige elektrische Verbindung zwischen dem Statorkörper und dem internen Massekontakt der Motorelektronikeinheit und somit der Fahrzeugmasse schafft. Hierdurch kann der Statorkörper als elektromagnetische Abschirmung fungieren, wodurch die emittierte elektromagnetische Strahlung des Elektromotors dramatisch reduziert wird und folglich die EMV-Eigenschaften des Elektromotors deutlich verbessert werden. Insbesondere ermöglicht der erfindungsgemäße KFZ-Nebenaggregat-Elektromotor zuverlässig und dauerhaft gute EMV-Eigenschaften auch bei Verwendung eines elektrisch isolierenden Kunststoffgehäuses, welches somit nicht als elektrische Abschirmung fungieren kann, und auch bei hohen Motordrehzahlen, bei welchen die elektromagnetische Störstrahlung besonders ausgeprägt ist. Auf Grund der mechanischen Flexibilität der Kontaktfeder können insbesondere axiale Bewegungen zwischen der Motorelektronikeinheit und dem Statorkörper ausgeglichen werden, wodurch eine Unterbrechung der elektrischen Verbindung zwischen dem internem Massekontakt und dem Statorkörper, beispielsweise auf Grund des Abreißens einer Lötverbindung, bei Erschütterungen des Elektromotors oder bei Vibrationen im Elektromotor verhindert werden kann. Die erfindungsgemäße mechanisch flexible Kontaktfeder ermöglicht somit eine besonders zuverlässige elektrische Verbindung zwischen dem internen Massekontakt und dem Statorkörper.
Vorzugsweise ist der Statorkörper des Motorstators aus einem Blechpaket gebildet, wodurch Wirbelströme im Statorkörper minimiert werden. Dies ermöglicht eine hohe Effizienz des Elektromotors. Die einzelnen Bleche des Blechpakets sind hierbei elektrisch miteinander verbunden, beispielsweise über eine formschlüssige Verbindung durch korrespondierende Einstanzungen.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Stator nur eine einzige Statorspule auf. Dies ermöglicht eine sehr kompakte und kostengünstige Ausführung des Elektromotors.
Vorzugsweise ist die Kontaktfeder eine Schraubenfeder, welche eine hohe Flexibilität in axialer sowie in radialer Richtung aufweist und somit sowohl axiale als auch radiale Verschiebungen zwischen dem internen Massekontakt und dem Statorkörper kompensieren kann. Dies ermöglicht eine besonders zuverlässige und dauerhafte elektrische Verbindung zwischen dem internen Massekontakt und dem Statorkörper. In einer bevorzugten Ausführung weist die Motorelektronik eine Leiterplatte auf, auf welcher der interne Massekontakt angeordnet ist. Die Leiterplatte erlaubt eine besonders einfache Anordnung der Elektronik. Die Leiterplatte besteht beispielsweise aus einem faserverstärkten Kunststoff und umfasst Leiterbahnen zur elektrischen Verbindung der einzelnen Elektronikkomponenten. In einer besonders bevorzugten Ausführung ist der interne Massekontakt durch einen nicht-isolierten Leiterbahnbereich der Leiterplatte gebildet, welcher elektrisch direkt mit dem externen Masseanschluss verbunden ist. Dies erlaubt eine einfache und kostengünstige Ausführung des internen Massekontakts, für welche keine zusätzlichen Kontaktelemente vorgesehen werden müssen.
Vorzugsweise ist die Kontaktfeder an der Leiterplatte befestigt, beispielsweise durch eine Lötverbindung, und liegt an dem Statorkörper lediglich an. Dies ermöglicht eine sehr einfache Montage der Kontaktfeder. Ferner kann durch die einseitige Befestigung der Kontaktfeder eine spannungsbedingte mechanische Beschädigung der Kontaktfeder oder deren Befestigung vermieden werden. Durch eine geeignete axiale Vorspannung der Kontaktfeder kann trotz der einseitigen Befestigung eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen dem internen Massekontakt und dem Statorkörper sichergestellt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der beigefügten Figur beschrieben, welche eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen KFZ-Nebenaggregat-Elektromotors zeigt.
Die Figur zeigt einen KFZ-Nebenaggregat-Elektromotor 10, beispielweise für die Verwendung in einer Entgasungspumpe eines KFZ- Kraftstofftanks. Derartige Entgasungspumpen werden bei Drehzahlen größer als 10000 U/min betrieben und neigen daher besonders stark zu der Erzeugung von elektromagnetischer Störstrahlung. Der Elektromotor 10 umfasst ein Gehäuse 11, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus elektrisch isolierendem Kunststoff besteht, einen Motorstator 12, einen permanentmagnetischen Motorrotor 14 mit einer Rotorwelle 16, und eine Motorelektronikeinheit 18.
Der Motorstator 12 umfasst einen Statorkörper 20, bestehend aus einem Blechpaket aus mehreren elektrisch miteinander verbundenen ferromagnetischen Blechen 22, und umfasst eine einzelne Statorspule 24. Die Motorelektronikeinheit 18 umfasst eine Leiterplatte 28, auf welcher Motorelektronik 30 angeordnet ist. Die Motorelektronik 30 ist über ein Verbindungselement 26 elektrisch mit der Statorspule 24 verbunden, um die Statorspule 24 anzusteuern und dadurch den Motorrotor 14 anzutreiben. Die Motorelektronikeinheit 18 umfasst einen externen Masseanschluss 32 welcher elektrisch mit einer externen Fahrzeugmasse 34 verbunden ist. Die Leiterplatte 28 umfasst eine Leiterbahn 36, welche den externen Masseanschluss 32 elektrisch mit der Motorelektronik 30 verbindet. Die Leiterplatte 28 weist einen nicht-isolierten
Leiterbahnbereich 38 der Leiterbahn 36 auf, welcher einen internen Massekontakt 40 der Motorelektronikeinheit 18 bildet.
Der interne Massekontakt 40 ist über eine Kontaktfeder 42, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Schraubenfeder aus einem Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit ist, elektrisch mit dem Statorkörper 20 verbunden. Die Kontaktfeder 42 ist mit einem ersten axialen Ende 44 an dem internen Massekontakt 40 befestigt, beispielsweise durch eine Lötverbindung, und berührt mit einem zweiten gegenüberliegenden axialen Ende 46 den Statorkörper 20. Die Kontaktfeder ist axial vorgespannt, um sowohl axiale als auch radiale Verschiebungen zwischen dem Statorkörper 20 und der
Motorelektronikeinheit 18 ausgleichen zu können und somit eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen dem internen Massekontakt 40 und dem Statorkörper 20 sicherzustellen. Ferner wird durch die einseitige Befestigung der Kontaktfeder 42 eine mechanische Beschädigung der Kontaktfeder 42 oder deren Befestigung auch bei starken Verschiebungen zwischen Statorkörper 20 und der Motorelektronikeinheit 18 vermieden.
Die Kontaktfeder 40 schafft einen elektrischen Potentialausgleich zwischen dem Statorkörper 20 und dem internen Massekontakt 40 und somit einen Potentialausgleich zwischen dem Statorkörper 20 und der Fahrzeugmasse 34. Flierdurch kann der Statorkörper 20 als elektromagnetische Abschirmung fungieren, wodurch die EMV-Eigenschaften des
Elektromotors 10 deutlich verbessert werden.
Bezugszeichenliste
10 KFZ-Nebenaggregat-Elektromotor
11 Gehäuse
12 Motorstator
14 Motorrotor
16 Rotorwelle
18 Motorelektronikeinheit
20 Statorkörper
22 ferromagnetische Bleche
24 Statorspule
26 Verbindungselement
28 Leiterplatte
30 Motorelektronik
32 externer Masseanschluss
34 externe Fahrzeugmasse
36 Leiterbahn
38 nicht-isolierter Leiterbahnbereich
40 interner Massekontakt
42 Kontaktfeder
44 erstes axiales Kontaktfederende
46 zweites axiales Kontaktfederende

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. KFZ-Nebenaggregat-Elektromotor (10) mit
einem permanentmagnetischen Motorrotor (14),
einem Motorstator (12) mit einem ferromagnetischen Statorkörper (20) und mit mindestens einer Statorspule (24),
einer Motorelektronikeinheit (18) mit
einem externen Masseanschluss (32) für die elektrische Verbindung der Motorelektronikeinheit (18) mit einer externen Fahrzeugmasse (34), und
einem internen Massekontakt (40), welcher elektrisch mit dem externen Masseanschluss (32) verbunden ist,
wobei die Motorelektronikeinheit (18) elektrisch mit der Statorspule (24) verbunden ist, um die Statorspule (24) anzusteuern, und
einer Kontaktfeder (42), welche eine direkte elektrische Verbindung zwischen dem internen Massekontakt (40) der Motorelektronikeinheit (18) und dem Statorkörper (20) schafft.
2. KFZ-Nebenaggregat-Elektromotor (10) nach Anspruch 1, wobei der Statorkörper (20) aus einem Blechpaket gebildet ist.
3. KFZ-Nebenaggregat-Elektromotor (10) nach einem der vorigen
Ansprüche, wobei der Stator (12) nur eine einzige Statorspule (24) aufweist.
4. KFZ-Nebenaggregat-Elektromotor (10) nach einem der vorigen
Ansprüche, wobei die Kontaktfeder (42) eine Schraubenfeder ist.
5. KFZ-Nebenaggregat-Elektromotor (10) nach einem der vorigen
Ansprüche, wobei die Motorelektronikeinheit (18) eine Leiterplatte (28) aufweist, auf welcher der interne Massekontakt (40) angeordnet ist.
6. KFZ-Nebenaggregat-Elektromotor (10) nach Anspruch 5, wobei der interne Massekontakt (40) durch einen nicht-isolierten
Leiterbahnbereich (38) der Leiterplatte (28) gebildet ist.
7. KFZ-Nebenaggregat-Elektromotor (10) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Kontaktfeder (42) an der Leiterplatte (28) befestigt ist und an dem Statorkörper (20) anliegt.
EP18814869.6A 2018-01-08 2018-12-04 Kfz-nebenaggregat-elektromotor Withdrawn EP3738198A1 (de)

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