EP4042548A1 - Elektromotor mit leiterplatte - Google Patents

Elektromotor mit leiterplatte

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Publication number
EP4042548A1
EP4042548A1 EP20772198.6A EP20772198A EP4042548A1 EP 4042548 A1 EP4042548 A1 EP 4042548A1 EP 20772198 A EP20772198 A EP 20772198A EP 4042548 A1 EP4042548 A1 EP 4042548A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit board
electric motor
stator housing
motor according
layers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20772198.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Nikola
Martin Melzer
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.)
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Original Assignee
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SEW Eurodrive GmbH and Co KG filed Critical SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Publication of EP4042548A1 publication Critical patent/EP4042548A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • H02K5/22—Auxiliary parts of casings not covered by groups H02K5/06-H02K5/20, e.g. shaped to form connection boxes or terminal boxes
    • H02K5/225—Terminal boxes or connection arrangements
    • 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
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    • H02K16/04—Machines with one rotor and two stators
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K3/00—Details of windings
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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 an electric motor with a printed circuit board.
  • An electric power steering device is known from DE 102006 043 194 A1 as the closest prior art.
  • a control unit is known from US 2013/0 301 229 A1.
  • a drive unit is known from DE 102011 056 365 A1.
  • a vehicle control is known from US 2010/0 314 192 A1.
  • a manufacturing method for an electric motor is known from WO 2009/069 103 A2.
  • the invention is therefore based on the object of developing an electric motor with integrated electronics.
  • the object is achieved with the electric motor according to the features specified in claim 1.
  • the first printed circuit board has layers with conductor tracks, the layers being spaced from one another by first layers of insulating material, in particular of fiber-reinforced plastic, in particular epoxy material, an insulating layer being arranged between two of the layers .
  • the advantage here is that simple production is made possible, but this creates an insulating layer that functions as a thermal barrier that is effective between the two sides of the first printed circuit boards.
  • the insulating layer has a greater layer thickness than the first layers.
  • the insulating layer is made of the same material as the first layers, in particular so that the first circuit board is designed as a multi-layer circuit board, the layers of which are not evenly, in particular regularly, spaced from one another, in particular where the material is fiber-reinforced plastic, especially epoxy material.
  • the advantage here is that simple production is made possible.
  • the insulating layer is made of a different material than the first layers, in particular the material of the insulating layer being a plastic, in particular of the enclosed gas bubbles, in particular having gas volumes.
  • the insulating layer made of a thermally even less thermally conductive material than the other material of the first printed circuit board arranged between the layers can be used.
  • the electric motor has a stator housing in which the stator winding of the electric motor is received, and a cover part and a retaining ring which is arranged between the cover part and the stator housing and in which the first printed circuit board is received.
  • a space for electronics, in particular for an inverter can be arranged integrated in the motor.
  • the first printed circuit board and second printed circuit boards are arranged in a spatial area of the electric motor which is delimited, in particular enclosed, by the stator housing, the retaining ring and the cover part.
  • the advantage here is that the electronics are arranged in a protected manner in the room area.
  • the first and second circuit boards are aligned parallel to one another and spaced apart from one another, in particular the axis of rotation of the rotatably mounted rotor shaft of the electric motor being aligned parallel to the normal direction of the first circuit board.
  • the second circuit boards are arranged on the side of the first circuit board facing away from the stator housing.
  • the advantage here is that the second printed circuit boards can be exposed to a lower temperature than the power module and / or the stator winding of the electric motor.
  • the first printed circuit board is arranged between the stator housing part and the second printed circuit boards.
  • the advantage here is that the first printed circuit board has power electronics on the side facing the stator housing part and has signal electronics on the side facing away from the stator housing part, which generate the control signals for the controllable semiconductor switches of the power module. Signal electronics can also be arranged on the second printed circuit board.
  • a power module is fitted which is connected to the stator housing part in a thermally conductive manner. The advantage here is that the heat can be dissipated to the environment together with the heat loss generated by the stator winding.
  • the power module in particular and the components assembled on the first circuit board on the side of the first circuit board facing the stator housing part, can be operated up to a first temperature, in particular the first temperature is the maximum permissible operating temperature for the power module, with the on the side of the first circuit board assembled on the first circuit board on the side facing away from the stator housing part and the components assembled on the second circuit boards can be operated up to a second temperature, in particular the second temperature is the maximum permissible operating temperature for these components, the second Temperature is lower, in particular at least more than 10 ° C. lower than the first temperature.
  • the advantage here is that the signal electronics can be operated at a lower temperature level and heat can be separately removed from the surroundings.
  • the second circuit boards are received in the cover part.
  • the cover part can be precompleted with the second printed circuit boards and then connected to the retaining ring together with the first printed circuit board.
  • the electronics area can thus be connected to the stator housing part during assembly.
  • the first printed circuit board can be fastened to the stator housing part, in particular screwed on by means of screws, before the cover part with the second printed circuit boards arranged precompletely therein is plugged onto the retaining ring.
  • the power module can be pressed onto the stator housing part when the first printed circuit board is being fastened, with thermal paste being able to be arranged between the power module and the stator housing part in order to improve the heat transfer.
  • the first circuit board is connected to the second circuit board next to the first circuit board by means of an electrical plug connection, each second circuit board being connected to the second circuit board next to it by means of a respective electrical plug connection.
  • the retaining ring is made in one piece or in several pieces.
  • the advantage here is that the circuit board can either be clamped between two pieces or, in the case of a one-piece design, can be pressed against a step of the retaining ring.
  • the retaining ring is tightly connected to the stator housing part by means of an intermediate seal, which also functions as a heat barrier.
  • an intermediate seal which also functions as a heat barrier.
  • the retaining ring is tightly connected to the cover part by means of an intermediate seal, which also functions as a heat barrier.
  • an intermediate seal which also functions as a heat barrier.
  • each of the second printed circuit boards has two axially continuous recesses that are arranged diametrically opposite one another with respect to the axis of rotation of the rotor shaft.
  • stator housing part, the retaining ring and the cover part are made of metal, in particular as a cast part, in particular wherein the cover part has cooling ribs on its outside.
  • the advantage here is that the thermal conductivity and thus the efficiency of the heat dissipation to the environment is high. Further advantages result from the subclaims.
  • the invention is not restricted to the combination of features of the claims. For the person skilled in the art, there are further sensible possible combinations of claims and / or individual claim features and / or features of the description and / or the figures, in particular from the task and / or the task posed by comparison with the state of the art.
  • a first printed circuit board 40 is shown schematically in cross section.
  • the first circuit board 40 is shown schematically in plan view.
  • FIG. 2 An alternative embodiment to FIG. 2 is shown in FIG.
  • FIG. 4 a cross section through an axial end region of an electric motor, which has a first printed circuit board 40, is shown schematically.
  • FIG. 5 a partially transparent oblique view of the end area belonging to FIG. 4 is shown schematically.
  • the circuit board 40 has several layers 1 with conductor tracks, the layers being spaced from one another by layers of insulating material 2, in particular fiber-reinforced plastic, in particular epoxy material.
  • An insulating layer 3 is attached between two of the layers, which in a first embodiment is made of the same material as the layers, in particular so that the circuit board 40 resembles a multi-layer circuit board, the layers 1 of which are not evenly spaced from one another.
  • the material is therefore fiber-reinforced plastic, in particular epoxy material.
  • the insulating layer 3 is thicker, that is to say has a greater wall thickness than the other layers.
  • the insulating layer 3 is made of a different material than the layers.
  • a plastic that has enclosed gas bubbles, in particular gas volumes, is suitable as the material of the insulating layer 3.
  • the insulating layer 3 functions as a thermal barrier.
  • the circuit board 40 has no vias in a central area 20, but only in an edge area 21 surrounding the central area 20.
  • the vias arranged there are irregularly spaced from one another and impair the effect as a heat barrier in the edge area there.
  • a rectangular circuit board 40 can also be used, as shown in FIG. 3, the central area 20 then preferably also being rectangular.
  • the circuit board is arranged in an electric motor. If the electric motor has a cuboid exterior, the printed circuit board 40 according to FIG. 3 is used.
  • the printed circuit board 40 is designed according to FIG.
  • the circuit board 40 is received in a retaining ring 45 which is arranged between a stator housing 44 and a cover part 46 of the electric motor.
  • the stator of the electric motor is arranged within the stator housing 44.
  • a space for electronics is provided on the stator housing 44 and is surrounded by the stator housing 44, the retaining ring 45 and the cover part 46.
  • the printed circuit board 40 As the first printed circuit board, but also second printed circuit boards 47, which are also equipped with components.
  • the first circuit board 40 and the further circuit boards 47 are axially spaced from one another and are arranged parallel to one another.
  • the axial direction is parallel to the axis of rotation of the rotor shaft of the electric motor, which is arranged radially inside the stator.
  • the second circuit boards 47 are arranged on the side of the first circuit board 40 facing away from the stator housing 44.
  • the electronics include an inverter, the controllable semiconductor switches of which are integrated in a line module 42.
  • the power module 42 is connected to the stator housing 44 in a thermally conductive manner on its side facing away from the first printed circuit board 40.
  • the heat loss from the semiconductor switches that is to say from the power module, can thus be dissipated to the environment via the stator housing.
  • the heat loss from the stator winding of the electric motor is also dissipated to the environment via the stator housing.
  • the power module is fitted on the printed circuit board 40.
  • further components 43 are also fitted which can be operated at a first temperature.
  • components 41 are fitted which can be operated up to a second temperature, which, however, is lower than the first temperature.
  • the heat dissipation of the spatial area, in particular of these components, takes place via the cover part 46.
  • Stator housing 44, retaining ring 45 and cover part 46 are each made of metal, in particular as a cast part.
  • the retaining ring 45 is tightly connected both to the cover part 46 and to the stator housing part 44 by means of a respective intermediate seal.
  • the first circuit board 40 and the second circuit boards 47 are connected to their respective closest neighbors by means of electrical plug connections 48.
  • the second circuit boards 47 are spaced apart from one another by means of spacer bolts or spacer sleeves.
  • FIG. 5 shows a partially transparent oblique view belonging to FIG.
  • the B-side end area is thus thermally separated from the remaining area of the engine.
  • the normal direction of the circuit board plane is parallel to the axis of rotation of the rotor shaft.
  • the retaining ring 45 can be designed in two or more pieces instead of in one piece, the pieces then being connected to one another in a sealed manner, in particular by means of a respective seal.
  • a fan is arranged within the space area. In this way, the air there can be circulated and thermal leveling can be achieved as a result.
  • the second printed circuit boards 47 have axially continuous recesses. These recesses are made sufficiently large so that the flow resistance is only insignificant.
  • Each of the second printed circuit boards 47 preferably has two recesses arranged diametrically opposite one another on the respective printed circuit board 47, so that simple circulation can be achieved.

Abstract

Elektromotor mit Leiterplatte, wobei die erste Leiterplatte Lagen mit Leiterbahnen aufweist, wobei die Lagen durch ersten Schichten aus Isoliermaterial, insbesondere faserverstärkter Kunststoff, insbesondere Epoxidmaterial, voneinander beabstandet sind, wobei zwischen zwei der Lagen eine Isolierschicht angeordnet ist.

Description

Elektromotor mit Leiterplatte
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit Leiterplatte.
Es ist allgemein bekannt, dass ein Elektromotor Verlustwärme erzeugt und dadurch hohe Temperaturen auftreten können.
Aus der DE 102006 043 194 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik eine elektrische Servolenkungseinrichtung bekannt.
Aus der DE 102018 100 139 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte bekannt.
Aus der US 2013 / 0 301 229 A1 ist eine Steuereinheit bekannt.
Aus der DE 102011 056 365 A1 ist eine Antriebseinheit bekannt.
Aus der US 2010 / 0 314 192 A1 ist eine Fahrzeugsteuerung bekannt.
Aus der WO 2009 / 069 103 A2 ist ein Herstellverfahren für einen Elektromotor bekannt.
Aus der DE 10 2013 006 539 A1 ist ein Elektrogerät mit Kühlanordnung bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor mit integrierter Elektronik weiterzubilden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Elektromotor nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Elektromotor mit Leiterplatte sind, dass die erste Leiterplatte Lagen mit Leiterbahnen aufweist, wobei die Lagen durch ersten Schichten aus Isoliermaterial, insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere Epoxidmaterial, voneinander beabstandet sind, wobei zwischen zwei der Lagen eine Isolierschicht angeordnet ist.
Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung ermöglicht ist, die aber eine Isolierschicht erzeugt, welche als Wärmesperre fungiert, die zwischen den beiden Seiten der ersten Leiterplatten wirksam ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Isolierschicht eine größere Schichtdicke auf als die ersten Schichten. Von Vorteil ist dabei, dass eine starke thermische Sperrwirkung erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Isolierschicht aus demselben Material wie die ersten Schichten gefertigt, insbesondere so, dass die erste Leiterplatte als Mulitlayer- Leiterplatte ausgeführt ist, deren Lagen nicht gleichmäßig, insbesondere regelmäßig, voneinander beabstandet sind, insbesondere wobei das Material faserverstärkter Kunststoff ist, insbesondere Epoxidmaterial. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Isolierschicht aus einem anderen Material gefertigt als die ersten Schichten, insbesondere wobei das Material der Isolierschicht ein Kunststoff ist, insbesondere der eingeschlossenen Gasbläschen, insbesondere Gasvolumina, aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass die Isolierschicht aus einem thermisch noch schlechter wärmeleitendem Material als das sonstige, zwischen den Lagen angeordnete Material der ersten Leiterplatte verwendbar ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Elektromotor ein Statorgehäuse auf, in welchem die Statorwicklung des Elektromotors aufgenommen ist, und ein Deckelteil sowie ein Haltering, der zwischen dem deckelteil und dem Statorgehäuse angeordnet ist und in welchem die erste Leiterplatte aufgenommen ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein Raumbereich für Elektronik, insbesondere für einen Wechselrichter, im Motor integriert anordenbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste Leiterplatte und zweite Leiterplatten in einem Raumbereich des Elektromotors angeordnet, welcher durch das Statorgehäuse, den Haltering und das Deckelteil begrenzt, insbesondere eingehaust, ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Elektronik im Raumbereich geschützt angeordnet ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste und die zweiten Leiterplatten zueinander parallel ausgerichtet und voneinander beabstandet, insbesondere wobei die Drehachse der drehbar gelagerten Rotorwelle des Elektromotors parallel zur Normalenrichtung der ersten Leiterplatte ausgerichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass elektrische Isolierabstände einhaltbar sind und dass zwischen den zweiten Leiterplatten Luft angeordnet ist. Der Raumbereich ist mit Luft befüllt und somit eine Umwälzung von Luft ausführbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die zweiten Leiterplatten auf der vom Statorgehäuse abgewandten Seite der ersten Leiterplatte angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass die zweiten Leiterplatten einer niedrigeren Temperatur aussetzbar sind als das Leistungsmodul und/oder die Statorwicklung des Elektromotors.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Leiterplatte zwischen dem Statorgehäuseteil und den zweiten Leiterplatten angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass die erste Leiterplatte auf der dem Statorgehäuseteil zugewandten Seite Leistungselektronik aufweist und auf der vom Statorgehäuseteil abgewandten Seite Signalelektronik aufweist, welche die Ansteuersignale für die steuerbaren Halbleiterschalter des Leistungsmoduls erzeugt. Auch auf den zweiten Leiterplatten ist Signalelektronik anordenbar. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist auf der dem Statorgehäuseteil zugewandten Seite der ersten Leiterplatte ein Leistungsmodul bestückt, das mit dem Statorgehäuseteil wärmeleitend verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Wärme zusammen mit der von der Statorwicklung erzeugten Verlustwärme an die Umgebung abführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind das Leistungsmodul, insbesondere und die auf der dem Statorgehäuseteil zugewandten Seite der ersten Leiterplatte auf der ersten Leiterplatte bestückten Bauelemente, bis zu einer ersten Temperatur betreibbar, insbesondere also die erste Temperatur die maximal zulässige Betriebstemperatur für das Leistungsmodul ist, wobei die auf der von dem Statorgehäuseteil abgewandten Seite der ersten Leiterplatte auf der ersten Leiterplatte bestückten Bauelemente und die auf den zweiten Leiterplatten bestückten Bauelemente bis zu einer zweiten Temperatur betreibbar sind, insbesondere also die zweite Temperatur die maximal zulässige Betriebstemperatur für die se Bauelemente ist, wobei die zweite Temperatur kleiner ist, insbesondere mindestens mehr als 10°C kleiner ist, als die erste Temperatur. Von Vorteil ist dabei, dass die Signalelektronik auf niedrigerem Temperaturniveau betreibbar und separat an die Umgebung hin entwärmbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die zweiten Leiterplatten im Deckelteil aufgenommen. Von Vorteil ist dabei, dass das deckelteil vorkomplettierbar ist mit den zweiten Leiterplatten und danach mit dem Haltering samt erster Leiterplatte verbindbar ist. Somit ist der Elektronikbereich mit dem Statorgehäuseteil bei der Montage verbindbar. Alternativ ist aber die erste Leiterplatte am Statorgehäuseteil befestigbar, insbesondere mittels schrauben anschraubbar, bevor das Deckelteil mit den darin vorkomplettiert angeordneten zweiten Leiterplatten auf den Haltering aufgesteckt wird. Somit ist schon beim Befestigen der ersten Leiterplatte das Leistungsmodul anpressbar an das Statorgehäuseteil, wobei zwischen Leistungsmodul und Statorgehäuseteil Wärmeleitpaste anordenbar ist, um den Wärmeübergang zu verbessern. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Leiterplatte mittels einer elektrischen Steckverbindung mit der zur erste Leiterplatte nächstbenachbarten zweiten Leiterplatte verbunden, wobei jede zweite Leiterplatte mittels einer jeweiligen elektrischen Steckverbindung mit der jeweils zu ihr nächstbenachbarten zweiten Leiterplatte verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Haltering einstückig oder mehrstückig ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass die Leiterplatte entweder zwischen zwei Stücken einklemmbar ist oder bei einstückiger Ausführung gegen eine Stufe des Halterings andrückbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Haltering mit dem Statorgehäuseteil mittels einer zwischengeordneten Dichtung dicht verbunden, die auch als Wärmesperre fungiert. Von Vorteil ist dabei, dass die thermische Abtrennung der Signalelektronik von der Leistungselektronik verbesserbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Haltering mit dem Deckelteil mittels einer zwischengeordneten Dichtung dicht verbunden, die auch als Wärmesperre fungiert. Von Vorteil ist dabei, dass die thermische Abtrennung der Signalelektronik von der Leistungselektronik verbesserbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist im Raumbereich ein Lüfter angeordnet. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jede der zweiten Leiterplatten zwei insbesondere zueinander bezüglich der Drehachse der Rotorwelle diametral gegenüberliegend angeordnete axial durchgehende Ausnehmungen auf. Von Vorteil ist dabei, dass ein zirkulierender Luftstrom durch den Raumbereich möglichst ungestört förderbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind das Statorgehäuseteil, der Haltering und das Deckelteil aus Metall ausgeführt, insbesondere als Gussteil, insbesondere wobei das Deckelteil an seiner Außenseite Kühlrippen aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass die Wärmeleitfähigkeit und somit die Effizienz der Wärmeabfuhr an die Umgebung hoch ist. Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der T echnik stellenden Aufgabe.
Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
In der Figur 1 ist eine erste Leiterplatte 40 im Querschnitt schematisch dargestellt.
In der Figur 2 ist die erste Leiterplatte 40 in Draufsicht schematisch dargestellt.
In der Figur 3 ist eine alternative Ausführung zur Figur 2 dargestellt.
In der Figur 4 ist ein Querschnitt durch einen axialen Endbereich eines Elektromotors, der eine erste Leiterplatte 40 aufweist, schematisch dargestellt.
In der Figur 5 ist eine zur Figur 4 gehörige teiltransparente Schrägansicht des Endbereichs schematisch dargestellt.
Wie in den Figuren 1, 2, 4, und 5 dargestellt, weist die Leiterplatte 40 mehrere Lagen 1 mit Leiterbahnen auf, wobei die Lagen durch Schichten aus Isoliermaterial 2, insbesondere faserverstärkter Kunststoff, insbesondere Epoxidmaterial, voneinander beabstandet sind.
Zwischen zwei der Lagen ist eine Isolierschicht 3 angebracht, die in einem ersten Ausführungsbeispiel aus demselben Material wie die Schichten gefertigt ist, insbesondere so, dass die Leiterplatte 40 einer Mulitlayer-Leiterplatte gleicht, deren Lagen 1 nicht gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Das Material ist also faserverstärkter Kunststoff, insbesondere Epoxidmaterial.
Die Isolierschicht 3 ist dicker, weist also eine größere Wandstärke auf als die anderen Schichten.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Isolierschicht 3 aus einem anderen Material gefertigt als die Schichten. Hierbei eignet sich als Material der Isolierschicht 3 ein Kunststoff, der eingeschlossene Gasbläschen, insbesondere Gasvolumina, aufweist.
Bei beiden Ausführungsbeispielen fungiert die Isolierschicht 3 als Wärmesperre. Wie in Figur 2 dargestellt, weist die Leiterplatte 40 in einem Zentralbereich 20 keine Durchkontaktierungen auf, sondern nur in einem den Zentralbereich 20 umgebenden Randbereich 21. Die dort angeordneten Durchkontaktierungen sind voneinander unregelmäßig beabstandet und verschlechtern im dortigen Randbereich die Wirkung als Wärmesperre.
Statt der runden Ausführung der Leiterplatte in Figur 2 ist auch eine rechteckige Leiterplatte 40 verwendbar, wie in Figur 3 gezeigt, wobei dann der Zentralbereich 20 vorzugsweise auch rechteckförmig ausgebildet ist.
Die Leiterplatte ist in einem Elektromotor angeordnet. Wenn der Elektromotor ein quaderförmiges Äußeres aufweist, wird die Leiterplatte 40 nach Figur 3 verwendet.
Wie in Figur 4 gezeigt, wird bei einem runden Äußeren des Elektromotors die Leiterplatte 40 gemäß Figur 2 ausgeführt.
Die Leiterplatte 40 ist dabei in einem Haltering 45 aufgenommen, der zwischen einem Statorgehäuse 44 und einem Deckelteil 46 des Elektromotors angeordnet ist.
Der Stator des Elektromotors ist innerhalb des Statorgehäuses 44 angeordnet. B-seitig ist am Statorgehäuse 44 ein Raumbereich für Elektronik vorgesehen, der von dem Statorgehäuse 44, dem Haltering 45 und dem Deckelteil 46 umgeben ist.
In diesem Raumbereich ist nicht nur die Leiterplatte 40 als erste Leiterplatte, sondern es sind zweite Leiterplatten 47 angeordnet, die ebenfalls mit Bauelementen bestückt sind.
Die erste Leiterplatte 40 und die weiteren Leiterplatten 47 sind voneinander axial beabstandet und zueinander parallel angeordnet.
Die axiale Richtung ist parallel zur Drehachse der Rotorwelle des Elektromotors, welche radial innerhalb des Stators angeordnet ist.
Die zweiten Leiterplatten 47 sind auf der vom Statorgehäuse 44 abgewandten Seite der ersten Leiterplatte 40 angeordnet. Die Elektronik umfasst einen Wechselrichter, dessen steuerbare Halbleiterschalter in einem Leitungsmodul 42 integriert angeordnet sind.
Zur Entwärmung ist das Leistungsmodul 42 auf seiner von der ersten Leiterplatte 40 abgewandten Seite mit dem Statorgehäuse 44 wärmeleitend verbunden. Somit ist die Verlustwärme der Halbleiterschalter, also des Leistungsmoduls, über das Statorgehäuse an die Umgebung abführbar. Allerdings wird auch die Verlustwärme der Statorwicklung des Elektromotors über das Statorgehäuse an die Umgebung abgeführt.
Das Leistungsmodul ist auf der Leiterplatte 40 bestückt. Auf derselben, insbesondere dem Statorgehäuse 44 zugewandten Seite der Leiterplatte 40 sind auch weitere Bauelemente 43 bestückt, die bei zu einer ersten Temperatur betrieben werden können.
Auf der anderen Seite der ersten Leiterplatte 40 und den zweiten Leiterplatten 47 sind Bauelemente 41 bestückt, welche bis zu einer zweiten Temperatur betrieben werden können, die allerdings kleiner ist als die erste Temperatur. Die Entwärmung des Raumbereichs, insbesondere also dieser Bauelemente, erfolgt über das Deckelteil 46.
Statorgehäuse 44, Haltering 45 und Deckelteil 46 sind jeweils aus Metall ausgeführt, insbesondere als Gussteil. Der Haltering 45 ist sowohl mit dem Deckelteil 46 als auch mit dem Statorgehäuseteil 44 mittels einer jeweils zwischengeordneten Dichtung dicht verbunden.
Die erste Leiterplatte 40 und die zweiten Leiterplatten 47 sind mit ihren jeweiligen nächsten Nachbarn mittels elektrischer Steckverbindungen 48 verbunden.
Die zweiten Leiterplatten 47 sind mittels Abstandsbolzen oder Distanzhülsen voneinander beabstandet.
Figur 5 zeigt eine zur Figur 4 gehörige teiltransparente Schrägansicht. Die Dichtungen zwischen den gehäusebildenden Teilen, also zwischen dem Statorgehäuse 44, dem Haltering 45 und dem Deckelteil 46, wirken ebenfalls wie auch die Isolierschicht 3 der Leiterplatte 40 als Wärmesperre. Somit ist der B-seitige Endbereich thermisch abgetrennt von dem restlichen Bereich des Motors.
Die Normalenrichtung der Leiterplattenebene ist parallel zur Drehachse der Rotorwelle.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist der Haltering 45 anstatt einstückig zweistückig oder mehrstückig ausführbar, wobei dann die Stücke jeweils dicht, insbesondere mittels einer jeweiligen Dichtung, miteinander verbunden sind.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist innerhalb des Raumbereichs ein Lüfter angeordnet. Auf diese Weise ist die dortige Luft umwälzbar und dadurch eine thermische Nivellierung erreichbar.
Hierzu weisen die zweiten Leiterplatten 47 axial durchgehende Ausnehmungen auf. Diese Ausnehmungen sind genügend groß ausgeführt, so dass der Strömungswiderstand nur unwesentlich ist. Vorzugsweise weist jede der zweiten Leiterplatten 47 zwei, an der jeweiligen Leiterplatte 47 jeweils diametral gegenüberliegend angeordnete Ausnehmungen auf, so dass eine einfache Zirkulation erreichbar ist.
Bezugszeichenliste
1 Lage mit Leiterbahnen 2 Isoliermaterial, insbesondere faserverstärkter Kunststoff, insbesondere Epoxidmaterial
3 Isolierschicht
20 Zentralbereich
21 Randbereich, aufweisend Durchkontaktierungen 40 erste Leiterplatte 41 erste Bauelemente
42 Leistungsmodul
43 zweite Bauelemente
44 Statorgehäuse
45 Haltering 46 Deckelteil
47 zweite Leiterplatte
48 Steckverbindung
49 Bereich zweiter Temperatur
50 Bereich erster Temperatur

Claims

Patentansprüche:
1. Elektromotor mit Leiterplatte, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterplatte Lagen mit Leiterbahnen aufweist, wobei die Lagen durch erste Schichten aus Isoliermaterial, insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere aus Epoxidmaterial, voneinander beabstandet sind, wobei zwischen zwei der Lagen eine Isolierschicht angeordnet ist.
2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht eine größere Schichtdicke aufweist als die ersten Schichten.
3. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht aus demselben Material wie die ersten Schichten gefertigt ist, insbesondere so, dass die erste Leiterplatte als Mulitlayer-Leiterplatte ausgeführt ist, deren Lagen 1 nicht gleichmäßig, insbesondere regelmäßig, voneinander beabstandet sind, insbesondere wobei das Material faserverstärkter Kunststoff ist, insbesondere Epoxidmaterial.
4. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht aus einem anderen Material gefertigt als die ersten Schichten, insbesondere wobei das Material der Isolierschicht ein Kunststoff ist, insbesondere der eingeschlossene Gasbläschen, insbesondere Gasvolumina, aufweist.
5. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein Statorgehäuse, in welchem die Statorwicklung des Elektromotors aufgenommen ist, und ein Deckelteil sowie einen Haltering aufweist, der zwischen dem Deckelteil und dem Statorgehäuse angeordnet ist und in welchem die erste Leiterplatte aufgenommen ist.
6. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterplatte und zweite Leiterplatten in einem Raumbereich des Elektromotors angeordnet sind, welcher durch das Statorgehäuse, den Haltering und das Deckelteil begrenzt, insbesondere eingehaust, ist.
7. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweiten Leiterplatten zueinander parallel ausgerichtet und voneinander beabstandet sind, insbesondere wobei die Drehachse der drehbar gelagerten Rotorwelle des Elektromotors parallel zur Normalenrichtung der ersten Leiterplatte ausgerichtet ist.
8. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Leiterplatten auf der vom Statorgehäuse abgewandten Seite der ersten Leiterplatte angeordnet sind, und/oder dass die erste Leiterplatte zwischen dem Statorgehäuseteil und den zweiten Leiterplatten angeordnet ist.
9. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Statorgehäuseteil zugewandten Seite der ersten Leiterplatte ein Leistungsmodul bestückt ist, das mit dem Statorgehäuseteil wärmeleitend verbunden ist.
10. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsmodul, insbesondere und die auf der dem Statorgehäuseteil zugewandten Seite der ersten Leiterplatte auf der ersten Leiterplatte bestückten Bauelemente (43), bis zu einer ersten Temperatur betreibbar sind, insbesondere also die erste Temperatur die maximal zulässige Betriebstemperatur für das Leistungsmodul ist, wobei die auf der von dem Statorgehäuseteil abgewandten Seite der ersten Leiterplatte auf der ersten Leiterplatte bestückten Bauelemente (41) und die auf den zweiten Leiterplatten bestückten Bauelemente bis zu einer zweiten Temperatur betreibbar sind, insbesondere also die zweite Temperatur die maximal zulässige Betriebstemperatur für die se Bauelemente (41) ist, wobei die zweite Temperatur kleiner ist, insbesondere mindestens mehr als 10°C kleiner ist, als die erste Temperatur.
11. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Leiterplatten im Deckelteil aufgenommen sind.
12. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterplatte mittels einer elektrischen Steckverbindung mit der zur erste Leiterplatte nächstbenachbarten zweiten Leiterplatte verbunden ist, wobei jede zweite Leiterplatte mittels einer jeweiligen elektrischen Steckverbindung mit der jeweils zu ihr nächstbenachbarten zweiten Leiterplatte verbunden ist.
13. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering einstückig oder mehrstückig ausgeführt ist.
14. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering mit dem Statorgehäuseteil mittels einer zwischengeordneten Dichtung dicht verbunden ist, die auch als Wärmesperre fungiert, und/oder dass der Haltering mit dem Deckelteil mittels einer zwischengeordneten Dichtung dicht verbunden ist, die auch als Wärmesperre fungiert, und/oder dass im Raumbereich ein Lüfter angeordnet ist und/oder dass jede der zweiten Leiterplatte zwei insbesondere zueinander bezüglich der Drehachse der Rotorwelle diametral gegenüberliegend angeordnete axial durchgehende Ausnehmungen aufweist.
15. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorgehäuseteil, der Haltering und das Deckelteil aus Metall ausgeführt sind, insbesondere als Gussteil, insbesondere wobei das Deckelteil an seiner Außenseite Kühlrippen aufweist.
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