WO2001073926A1 - Electromotor with large-scale integrated electronics on the brush holder - Google Patents

Electromotor with large-scale integrated electronics on the brush holder Download PDF

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WO2001073926A1
WO2001073926A1 PCT/DE2001/000986 DE0100986W WO0173926A1 WO 2001073926 A1 WO2001073926 A1 WO 2001073926A1 DE 0100986 W DE0100986 W DE 0100986W WO 0173926 A1 WO0173926 A1 WO 0173926A1
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WO
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base body
thermally conductive
electronic components
brush holder
electric motor
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PCT/DE2001/000986
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Inventor
Walter Haussecker
Stefan Kotthaus
Joerg Wolf
Frank Moskob
Michael Soellner
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • H02K7/1163—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears where at least two gears have non-parallel axes without having orbital motion
    • H02K7/1166—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears where at least two gears have non-parallel axes without having orbital motion comprising worm and worm-wheel

Definitions

  • the invention relates to an electric motor with highly integrated electronics on the brush holder, such as a DC motor.
  • the evaluation electronics are usually located in a separate electronics housing that is attached to the pole pot.
  • Direct current motors are known, on the pole pot of which a gear housing, for example for a worm gear, is flanged. Between the gear housing and the pole pot there is a brush holder, on which a circuit board or ring-shaped circuit board with Hall sensors is accommodated above a ring magnet.
  • the evaluation electronics are arranged far away from the electric motor, for example centrally in a motor vehicle.
  • DC motor configurations have also become known in which a ring magnet is enclosed by a printed circuit board which extends in the radial direction and extends into a housing arranged above the pole pot of the electric motor. In this housing, which came with a plug connection, the evaluation electronics are housed next to the circuit board.
  • a PCB configuration takes up an extremely large amount of space above the pole pot, which the The possibility of using such a type of DC motor with a flanged gear housing is considerably restricted.
  • electronics housings on DC motors have become known, which are integrated into the transmission housing of a transmission, which in turn are flanged to the electric motor.
  • the electronics housing is still housed outside the DC motor, but it is considerably shorter than the length of the pole-top of the electric motor.
  • the inventive proposed incorporation of highly integrated electronic components on a thermally conductive carrier substrate allows a central computer, one or more Hall sensors to be assigned to a ring magnet, and power switching elements to be accommodated without the need to increase the external dimensions of a direct current motor in a separate electronics housing. Compared to the voluminous electronics housings, a much more compact design of a direct current electric motor with a flanged gearbox can be achieved.
  • the housing previously used to hold the electronic components can be completely dispensed with, as a result of which an injection molding component can be saved.
  • an injection molding component can be saved.
  • a much simpler sealing contour can be achieved compared to an electronic housing to be flanged onto the gear housing.
  • a seal that is easier to install is easier to install and set the occurrence of assembly errors by inaccurately fitting the seal drastically.
  • the electronic components to be applied according to the invention on the conductive carrier substrate and its integration into the interior of the electric motor make it possible to adopt the basic motor without modifications and to use existing parts of the modular system and the assembly devices of the motor production unchanged, which permits a considerably more rational series production.
  • Fig. 3 shows the cross section through the electric motor in the area of the
  • FIG. 4 is a side view of the brush holder body with a view of the thermally conductive substrate receiving the electronic components.
  • Fig. 1 shows a transmission housing which is flanged to an electric motor in longitudinal section.
  • the electric motor 1 comprises a pole housing 2, in which two permanent magnets 3 and 4 arranged opposite one another are embedded in the region of the wall.
  • the opposing permanent magnets 3, 4 enclose an armature package 8 with windings - here, for example, eight sub-segments with a corresponding copper wire winding.
  • the eight armature packages 8 shown are accommodated on the armature shaft 5, the copper windings from each of the armature packages 8 being connected to a region of the commutator 7, which is likewise accommodated on the armature shaft 5 and is divided into eight sub-regions which are insulated from one another.
  • a ring magnet 6 adjoins the commutator 7 accommodated on the armature shaft 5, next to which the conductive substrate 12 extends on the brush holder base body 9.
  • a Hall sensor 13 is accommodated on this substrate 12, which is thus directly assigned to the cylindrical region of the ring magnet 6 accommodated on the armature shaft 5.
  • the armature shaft 5 extends through a bore 20 in the base body 9 into a gear housing 15.
  • the armature shaft 5 rotates about its axis of rotation 16 and drives a worm gear (not shown in more detail) which has a motor output 17 by means of a worm gear.
  • a plug 10 for receiving the connecting cable of the electric motor 1.
  • a mounting element 11 is inserted, through which the interior of the pole housing 2 can be sealed off from the outside.
  • a cooling body 14 on the brush holder base body 9 the surface of which can be ribbed to improve the heat dissipation to the surroundings.
  • a bearing element 11 is also provided here, which also serves as a seal for the inside of the pole housing.
  • a spring element pin 27 is provided on the brush holder base body 9 in the area of the commutator 7, which receives a wound spring element 21, with the aid of which a carbon brush 22 or 24 can be pressed against the surface of the commutator 7 accommodated on the armature shaft 5.
  • Each of the commutator regions separated from one another by a longitudinal groove is connected to a copper winding of one of the eight armature packages 8 of the armature, which are enclosed by the two permanent magnets 3, 4 in the pole housing 2.
  • the plug connection 10 via which the electric motor 1 receives its supply voltage.
  • the centrally located armature shaft 5 is enclosed by the brush holder base body 9.
  • the conductive carrier substrate 12 is resiliently set against a bevel on the brush holder base body 9.
  • the individual electronic components 25, such as, for example, a central processing unit, one or more Hall sensors 13 and power switching components are applied.
  • the thermally conductive carrier substrate 12 is placed against the bevel of the brush holder base body 9, for example a spring or the like, by means of a pressure element 18 and can be easily replaced.
  • thermally conductive substrate 12 can be applied to the thermally conductive substrate 12 in the motor control electronics be implemented. Due to the resilient setting of the thermally conductive substrate 12 with the electronic components 25 applied thereon, a thermally conductive substrate can be exchanged for another substrate 12 provided with a different circuit, in order in this way to easily adapt the engine control electronics to the intended use.
  • the motor control electronics which are inclined in the interior of the electric motor 1, are connected via a heat sink bridge 19 to the heat sink 14 provided on the outside of the pole housing 2.
  • the surface of the heat sink 14 is provided with a longitudinal ribbing.
  • the plug connection 10 can be seen above the pole housing 2, with which the supply voltage is fed to the electric motor 1.
  • the thermally conductive carrier substrate 12 On the side of a bevel on the brush holder base body 9 is the thermally conductive carrier substrate 12, on the outside of which the flat electronic components 25 are applied.
  • a heat sink bridge 19 can be seen, via which the heat generated on the thermally conductive substrate 12 can be dissipated to the heat sink 14 with a ribbed surface, which is received on the outside of the pole housing 2.
  • Two spring pin elements 27 and 28 can be seen on the brush holder base body 9, on which resilient pressing elements 21 and 23 for the carbon brushes 22, 24 are accommodated.
  • the Hall sensor 13 can be seen, which is placed on the thermally conductive substrate 12 in such a way that after the thermally conductive substrate is mounted on the brush holder base body 9, it lies above the cylindrical section of the ring magnet 6 rotating with the armature shaft 5.
  • the thermally conductive carrier substrate 12, on the outside of which the electronic components 25 are applied is resiliently adjusted to the bevel of the brush holder base body 9.
  • a resilient pressing element 18 is provided, as has already been described in connection with FIG. 2.
  • the Hall sensor 13 is arranged such that it lies directly above the ring magnet 6 which is received on the armature shaft 5, of which only the axis of rotation 16 is shown here.
  • the connector 10 is shown in a side view, only shown schematically.
  • the heat-conductive substrate 12 according to FIG. 4 is spring-loaded on the brush holder base body 9.
  • the plug contacts, the carbon brushes 22, 24 and the connection pins of the brush holder body 9 can be made by conductive Interconnects must be networked. These can be injected and / or consist of subsequently inserted parts. Furthermore, the conductor tracks can be subsequently electroplated onto the brush holder base body 9 and onto the thermally conductive carrier substrate 12 using 3D-MID technology.
  • An outer housing which is provided with extremely compact dimensions and can be used to accommodate larger electronic components 25, could also be inserted into the insertion opening on the pole housing for the heat sink 14 in order to accommodate larger electronic components 25.

Landscapes

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

Abstract

The invention relates to a device for receiving large-scale integrated electronic components (25) in the interior of an electromotor (1). Said electromotor is provided with a base (9) enclosing a commutator (7), a plug connector (10) being provided on the base and the base enclosing the rotor shaft (5) and a ring magnet (6). The large-scale integrated electronic components (25) are disposed on a thermoconducting substrate (12) that is resiliently disposed on the base (9).

Description

Elektromotor mit hochintegrierter Elektronik am BürstenhalterElectric motor with highly integrated electronics on the brush holder
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor mit hochintegrierter Elektronik am Bürstenhalter, wie beispielsweise einem Gleichstrommotor. Bei solchen Elektromotoren, bestehend aus Poltopf und Getriebegehäuse, befindet sich die Auswerteelektronik in der Regel in einem eigens am Poltopf befestigten separaten Elektronikgehäuse.The invention relates to an electric motor with highly integrated electronics on the brush holder, such as a DC motor. In such electric motors, consisting of a pole pot and gearbox, the evaluation electronics are usually located in a separate electronics housing that is attached to the pole pot.
Stand der TechnikState of the art
Es sind Gleichstrommotoren bekannt, an deren Poltopf ein Getriebegehäuse, beispielsweise für ein Schneckengetriebe angeflanscht ist. Zwischen dem Getriebegehäuse und dem Poltopf befindet sich ein Bürstenhalter, an dem eine ring- oder halbringförmig ausgebildete Leiterplatte mit Hallsensoren oberhalb eines Ringmagneten aufgenommen ist. Die Auswerteelektronik ist weit entfernt vom Elektromotor beispielsweise zentral in einem Kraftfahrzeug angeordnet.Direct current motors are known, on the pole pot of which a gear housing, for example for a worm gear, is flanged. Between the gear housing and the pole pot there is a brush holder, on which a circuit board or ring-shaped circuit board with Hall sensors is accommodated above a ring magnet. The evaluation electronics are arranged far away from the electric motor, for example centrally in a motor vehicle.
Es sind ferner Gleichstrommotorenkonfigurationen bekannt geworden, bei denen ein Ringmagnet von einer Leiterplatte umschlossen ist, die sich in radiale Richtung verlängert und sich in ein oberhalb des Poltopfes des Elektromotors angeordnetes Gehäuse erstreckt. In diesem Gehäuse, welches mit einem Steckeranschluß versehen sein kam , ist neben der Leiterplatte die Auswerteelektronik untergebracht. Eine so beschaffene Leiterplattenkonfiguration beansprucht extrem viel Bauraum oberhalb des Poltopfes, was die Einsatzmöglichkeit eines solcher Art beschaffenen Gleichstrommotors mit angeflanschtem Getriebegehäuse erheblich einschränkt.DC motor configurations have also become known in which a ring magnet is enclosed by a printed circuit board which extends in the radial direction and extends into a housing arranged above the pole pot of the electric motor. In this housing, which came with a plug connection, the evaluation electronics are housed next to the circuit board. Such a PCB configuration takes up an extremely large amount of space above the pole pot, which the The possibility of using such a type of DC motor with a flanged gear housing is considerably restricted.
Schließlich sind Elektronikgehäuse an Gleichstrommotoren bekannt geworden, die in das Getriebegehäuse eines Getriebes integriert sind, welche wiederum an den Elektromotor angeflanscht sind. Das Elektronikgehäuse ist zwar nach wie vor außerhalb des Gleichstrommotors untergebracht, baut aber erheblich kürzer über die Poltopflänge des Elektromotors gesehen.Finally, electronics housings on DC motors have become known, which are integrated into the transmission housing of a transmission, which in turn are flanged to the electric motor. The electronics housing is still housed outside the DC motor, but it is considerably shorter than the length of the pole-top of the electric motor.
Allen skizzierten Lösungen aus dem Stande der Technik ist gemeinsam, daß die die Auswerteelektronik aufnehmenden Elektronikgehäuse außerhalb des Gleichstrommotors angeordnet sind. Dies kostet Bauraum und macht ein separates Spritzgußteil am Elektromotor erforderlich.It is common to all of the outlined solutions from the prior art that the electronics housings which accommodate the evaluation electronics are arranged outside the DC motor. This takes up installation space and makes a separate injection molded part on the electric motor necessary.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Aufnahme von hochintegrierten Elektronikbauteilen auf einem wärmeleitfähigen Trägersubstrat, lassen sich ein zentraler Rechner, ein oder mehrere einen Ringmagneten zuzuordnende Hallsensoren sowie Leistungsschaltelemente ohne eigenes die Außenabmessungen eines Gleichstrommotors unnötig vergrößerndes eigenes Elektronikgehäuse unterbringen. Es läßt sich verglichen mit den voluminösen Elektronikgehäusen eine wesentlich kompaktere Bauform eines Gleichstromelektromotors mit angeflanschtem Getriebe erzielen.The inventive proposed incorporation of highly integrated electronic components on a thermally conductive carrier substrate allows a central computer, one or more Hall sensors to be assigned to a ring magnet, and power switching elements to be accommodated without the need to increase the external dimensions of a direct current motor in a separate electronics housing. Compared to the voluminous electronics housings, a much more compact design of a direct current electric motor with a flanged gearbox can be achieved.
Das bisher zur Aufnahme der Elektronikkomponenten dienende Gehäuse kann vollständig entfallen, wodurch eine Spritzgußkomponente eingespart werden kann. Durch den Entfall des Spritzgußgehäuses zur Aufnahme der Elektronikkomponenten läßt sich eine wesentlich einfachere Dichtkontur verglichen mit einem am Getriebegehäuse anzuflanschenden Elektronikgehäuse erzielen. Eine einfacher zu verlegende Dichtung ist einfacher montierbar und setzt das Auftreten von Montagefehlern durch lageungenaues Einpassen der Dichtung drastisch herab.The housing previously used to hold the electronic components can be completely dispensed with, as a result of which an injection molding component can be saved. By dispensing with the injection molded housing for accommodating the electronic components, a much simpler sealing contour can be achieved compared to an electronic housing to be flanged onto the gear housing. A seal that is easier to install is easier to install and set the occurrence of assembly errors by inaccurately fitting the seal drastically.
Die erfindungsgemäß auf dem leitfähigen Trägersubstrat aufzubringenden elektronischen Baukomponenten und dessen Integration in das Innere des Elektromotors gestattet es, den Grundmotor ohne Modifikationen unverändert zu übernehmen und bestehende Teile des Baukastensystems sowie die Montagevorrichtungen der Motorenfertigung unverändert einzusetzen, was eine erheblich rationellere Serienfertigung erlaubt. Der Umstand, das leitfähige Substrat, auf dem die Elektronikkomponenten aufgenommen sind, an den Grundkörper mit Hilfe eines Andrückelementes anzustellen, erlaubt ein rasches Auswechseln des leitfahigen Trägersubstrates und das Einschieben einer neuen oder einer andere Charakteristik aufweisenden Motorelektronik für die Positionserkennung oder auch für die Schließkrafitbegrenzung in den jeweiligen Gleichstrommotor.The electronic components to be applied according to the invention on the conductive carrier substrate and its integration into the interior of the electric motor make it possible to adopt the basic motor without modifications and to use existing parts of the modular system and the assembly devices of the motor production unchanged, which permits a considerably more rational series production. The fact that the conductive substrate, on which the electronic components are accommodated, is placed against the base body with the aid of a pressing element, allows the conductive carrier substrate to be replaced quickly and a new or different characteristic motor electronics to be inserted for position detection or for the clamping force limitation in the respective DC motor.
Zeichnung:Drawing:
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung detailliert erläutert.The invention is explained in detail with reference to the drawing.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1 ein Getriebegehäuse, welches an einem Elektromotor angeflanscht ist im Längsschnitt,1 shows a gear housing, which is flanged to an electric motor in longitudinal section,
Fig. 2 den Querschnitt durch den Elektromotor,2 shows the cross section through the electric motor,
Fig. 3 den Querschnitt durch den Elektromotor im Bereich der an denFig. 3 shows the cross section through the electric motor in the area of the
Kommutator federnd angestellten Kohlebürsten und Fig. 4 eine Seitenansicht des Bürsteiihaltergrundkörpers mit Ansicht des die Elektronikkomponenten aufnehmenden wärmeleitfähigen Substrates.Spring-loaded carbon brushes and commutator Fig. 4 is a side view of the brush holder body with a view of the thermally conductive substrate receiving the electronic components.
Ausführungsvariantenvariants
Fig. 1 zeigt ein Getriebegehäuse, welches an einen Elektromotor angeflanscht ist im Längsschnitt.Fig. 1 shows a transmission housing which is flanged to an electric motor in longitudinal section.
Der Elektromotor 1 umfaßt ein Polgehäuse 2, in welches im Bereich der Wandung zwei einander gegenüberliegend angeordnete Permanentmagnete 3 bzw. 4 eingelassen sind. Die einander gegenüberliegenden Permanentmagnete 3, 4 umschließen ein Ankerpaket 8 mit Wicklungen - hier beispielsweise acht Teilsegmente mit entsprechender Kupferdrahtwicklung. Die dargestellten acht Ankerpakete 8 sind auf der Ankerwelle 5 aufgenommen, wobei die Kupferwicklungen aus jedem der Ankerpakete 8 mit einem Bereich des ebenfalls an der Ankerwelle 5 aufgenommenen in acht voneinander isolierte Teilbereiche unterteilten Kommutators 7 verbunden ist.The electric motor 1 comprises a pole housing 2, in which two permanent magnets 3 and 4 arranged opposite one another are embedded in the region of the wall. The opposing permanent magnets 3, 4 enclose an armature package 8 with windings - here, for example, eight sub-segments with a corresponding copper wire winding. The eight armature packages 8 shown are accommodated on the armature shaft 5, the copper windings from each of the armature packages 8 being connected to a region of the commutator 7, which is likewise accommodated on the armature shaft 5 and is divided into eight sub-regions which are insulated from one another.
An dem auf der Ankerwelle 5 aufgenommenen Kommutator 7 schließt sich ein Ringmagnet 6 an, neben dem sich am Bürstenhaltergrundkörper 9 das leitfahige Substrat 12 erstreckt. Auf diesem Substrat 12 ist ein Hallsensor 13 aufgenommen, der somit direkt dem zylindrischen Bereich des auf der Ankerwelle 5 aufgenommenen Ringmagneten 6 zugeordnet ist. Durch eine Bohrung 20 im Grundkörper 9 erstreckt sich die Ankerwelle 5 in ein Getriebegehäuse 15. Die Ankerwelle 5 rotiert um ihre Rotationsachse 16 und treibt mittels eines Schneckengetriebes ein nicht näher dargestelltes Schneckenrad an, welches einen Motorabtrieb 17 aufweist.A ring magnet 6 adjoins the commutator 7 accommodated on the armature shaft 5, next to which the conductive substrate 12 extends on the brush holder base body 9. A Hall sensor 13 is accommodated on this substrate 12, which is thus directly assigned to the cylindrical region of the ring magnet 6 accommodated on the armature shaft 5. The armature shaft 5 extends through a bore 20 in the base body 9 into a gear housing 15. The armature shaft 5 rotates about its axis of rotation 16 and drives a worm gear (not shown in more detail) which has a motor output 17 by means of a worm gear.
Am Bürstenhaltergrundkörper 9 befindet sich einerseits ein Stecker 10 zur Aufnahme des Anschlußkabels des Elektromotors 1. Im Polgehäuse 2 ist im Bereich des Steckers 10 ein Lagerungselement 11 eingelassen, durch welches sich das Innere des Polgehäuses 2 nach außen hin abdichten läßt. Der Steckverbindung 10 gegenüberliegend befindet sich am Bürstenhaltergrundkörper 9 ein Kühlkörper 14, dessen Oberfläche zur Verbesserung der Wärmeabfuhr an die Umgebung verrippt ausgeführt sein kann. Auch hier ist ein Lagerungselement 1 1 vorgesehen, welches zudem als Abdichtung des Polgehäuse-Inneren dient. Am Bürstenhaltergrundkörper 9 ist im Bereich des Kommutators 7 ein Federelementstift 27 vorgesehen, der ein gewickeltes Federelement 21 aufnimmt, mit dessen Hilfe eine Kohlebürste 22 bzw. 24 an die Oberfläche des auf der Ankerwelle 5 aufgenommenen Kommutators 7 angedrückt werden kann.On the brush holder base body 9 there is on the one hand a plug 10 for receiving the connecting cable of the electric motor 1. In the pole housing 2 is in In the area of the plug 10, a mounting element 11 is inserted, through which the interior of the pole housing 2 can be sealed off from the outside. Opposite the plug connection 10 there is a cooling body 14 on the brush holder base body 9, the surface of which can be ribbed to improve the heat dissipation to the surroundings. A bearing element 11 is also provided here, which also serves as a seal for the inside of the pole housing. A spring element pin 27 is provided on the brush holder base body 9 in the area of the commutator 7, which receives a wound spring element 21, with the aid of which a carbon brush 22 or 24 can be pressed against the surface of the commutator 7 accommodated on the armature shaft 5.
Jeder der durch eine Längsnut voneinander getrennten Kommutatorbereiche ist mit einer Kupferwicklung einer der acht Ankerpakete 8 des Ankers verbunden, die von den beiden Permanentmagneten 3, 4 im Polgehäuse 2 umschlossen sind.Each of the commutator regions separated from one another by a longitudinal groove is connected to a copper winding of one of the eight armature packages 8 of the armature, which are enclosed by the two permanent magnets 3, 4 in the pole housing 2.
In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch das Polgehäuse des Elektromotors dargestellt.2 shows a cross section through the pole housing of the electric motor.
Oberhalb des Polgehäuses 2 befindet sich die Steckverbindung 10, über welche der Elektromotor 1 seine Versorgungsspannung aufnimmt. Die mittig liegende Ankerwelle 5 ist vom Bürstenhaltergrundkörper 9 umschlossen. Unter Neigung ist an eine Anschrägung am Bürstenhaltergrundkörper 9 das leitfähige Trägersubstrat 12 federnd angestellt. Auf der der Anschrägung des Bürstenhaltergrundkörpers 9 abgewandten Seite des leitfähigen Substrates 12 sind die einzelnen Elektronikkomponente 25 wie beispielsweise eine zentrale Recheneinheit, ein oder mehrere Hallsensoren 13 sowie Leistungsschaltkomponenten aufgebracht. Das wärmeleitfähige Trägersubstrat 12 wird über ein Andrückelement 18 beispielsweise eine Feder oder dergleichen an die Anschrägung des Bürstenhaltergrundkörpers 9 angestellt und kann leicht ausgewechselt werden. Je nach Einsatzzweck des Elektromotors 1 kann in der Motorsteuerelektronik aufgebracht auf das wärmeleitfähige Substrat 12 eine Positionserkennung oder eine Schließkraftbegrenzung oder eine andere Art von Auswerteelektronik implementiert sein. Durch die federnde Anstellung des wärmeleitfähigen Substrates 12 mit den darauf aufgebrachten Elektronikkomponenten 25 kann ein wärmeleitfähiges Substrat gegen ein anderes mit einer anderen Schaltung versehenes Substrat 12 ausgewechselt werden, um auf diese Weise die Motorsteuerelektronik dem Einsatzzweck leicht anzupassen.Above the pole housing 2 is the plug connection 10, via which the electric motor 1 receives its supply voltage. The centrally located armature shaft 5 is enclosed by the brush holder base body 9. At an inclination, the conductive carrier substrate 12 is resiliently set against a bevel on the brush holder base body 9. On the side of the conductive substrate 12 facing away from the bevel of the brush holder base body 9, the individual electronic components 25, such as, for example, a central processing unit, one or more Hall sensors 13 and power switching components are applied. The thermally conductive carrier substrate 12 is placed against the bevel of the brush holder base body 9, for example a spring or the like, by means of a pressure element 18 and can be easily replaced. Depending on the intended use of the electric motor 1, position detection or a clamping force limitation or another type of evaluation electronics can be applied to the thermally conductive substrate 12 in the motor control electronics be implemented. Due to the resilient setting of the thermally conductive substrate 12 with the electronic components 25 applied thereon, a thermally conductive substrate can be exchanged for another substrate 12 provided with a different circuit, in order in this way to easily adapt the engine control electronics to the intended use.
Die geneigt im Inneren des Elektromotors 1 aufgenommene Motorsteuerelektronik steht über eine Kühlkörperbrücke 19 mit dem außen am Polgehäuse 2 vorgesehenen Kühlkörper 14 in Verbindung. Zur Verbesserung des Wärmetransportes ist die Oberfläche des Kühlkörpers 14 mit einer Längsverrippung versehen.The motor control electronics, which are inclined in the interior of the electric motor 1, are connected via a heat sink bridge 19 to the heat sink 14 provided on the outside of the pole housing 2. To improve the heat transport, the surface of the heat sink 14 is provided with a longitudinal ribbing.
Fig. 3 stellt einen Querschnitt durch den Elektromotor 1 im Bereich der an den Kommutator 7 federnd angestellten Kohlebürsten dar.3 shows a cross section through the electric motor 1 in the area of the carbon brushes which are spring-loaded on the commutator 7.
Bei diesem aus der im Vergleich zu Fig. 2 aus entgegengesetzter Richtung dargestellten Querschnitt ist oberhalb des Polgehäuses 2 die Steckerverbindung 10 zu erkennen, mit welcher die Einspeisung der Versorgungsspannung an den Elektromotor 1 erfolgt. Seitlich an eine Anschrägung am Bürstenhaltergrundkörper 9 angestellt befindet sich das wärmeleitfähige Trägersubstrat 12, auf dessen Außenseite die flachen elektronischen Bauelemente 25 aufgebracht sind. Unterhalb des wärmeleitfähigen Substrates 12 ist eine Kühlkörperbrücke 19 zu erkennen, über welche die am wärmeleitfähigen Substrat 12 entstehende Wärme an den an der Außenseite des Polgehäuses 2 aufgenommenen Kühlkörper 14 mit verrippter Oberfläche abgeführt werden kann. Am Bürstenhaltergrundkörper 9 sind zwei Federstiftelemente 27 bzw. 28 zu erkennen, auf denen federnde Andrückelemente 21 bzw. 23 für die Kohlebürsten 22, 24 aufgenommen sind. Über diese werden die im Bürstenkörper 22, 24 auf die Oberfläche der einzelnen voneinander isolierten Umfangsei emente des Kommutators 7 gedrückt. Die Kohlebürsten 22, 24 sind jeweils in Bürstenführungen 26 im Bürstenhaltergrundkörper 9 geführt. In der Mitte der Querschnittsdarstellung nach Fig. 3 ist die Ankerwelle 5 zu erkennen, welche sich in axialer Richtung durch das Polgehäuse 2 des Elektromotors 1 erstreckt.In this cross-section, shown in the opposite direction in comparison to FIG. 2, the plug connection 10 can be seen above the pole housing 2, with which the supply voltage is fed to the electric motor 1. On the side of a bevel on the brush holder base body 9 is the thermally conductive carrier substrate 12, on the outside of which the flat electronic components 25 are applied. Below the thermally conductive substrate 12, a heat sink bridge 19 can be seen, via which the heat generated on the thermally conductive substrate 12 can be dissipated to the heat sink 14 with a ribbed surface, which is received on the outside of the pole housing 2. Two spring pin elements 27 and 28 can be seen on the brush holder base body 9, on which resilient pressing elements 21 and 23 for the carbon brushes 22, 24 are accommodated. About these are pressed in the brush body 22, 24 on the surface of the individual mutually insulated peripheral elements of the commutator 7. The carbon brushes 22, 24 are each guided in brush guides 26 in the brush holder base body 9. In the middle of 3 shows the armature shaft 5, which extends in the axial direction through the pole housing 2 of the electric motor 1.
In der Darstellung gemäß Fig. 3 ist der Hallsensor 13 erkennbar, der so auf dem wärmeleitfähigen Substrat 12 plaziert ist, daß dieser nach Montage des wärmeleitfähigen Substrates am Bürstenhaltergrundkörper 9 oberhalb des zylindrischen Abschnittes des mit der Ankerwelle 5 umlaufenden Ringmagneten 6 liegt. Obwohl in Fig. 3 nicht näher dargestellt, sei erwähnt, daß das wärmeleitfähige Trägersubstrat 12, auf dessen Außenseite die elektronischen Bauelemente 25 aufgebracht sind, federnd an die Anschrägung des Bürstenhaltergrundkörpers 9 angestellt ist. Dazu ist ein federndes Andrückelement 18 vorgesehen, wie bereits in Zusammenhang mit der Fig. 2 beschrieben wurde.3, the Hall sensor 13 can be seen, which is placed on the thermally conductive substrate 12 in such a way that after the thermally conductive substrate is mounted on the brush holder base body 9, it lies above the cylindrical section of the ring magnet 6 rotating with the armature shaft 5. Although it is not shown in more detail in FIG. 3, it should be mentioned that the thermally conductive carrier substrate 12, on the outside of which the electronic components 25 are applied, is resiliently adjusted to the bevel of the brush holder base body 9. For this purpose, a resilient pressing element 18 is provided, as has already been described in connection with FIG. 2.
Aus der Darstellung gemäß Fig. 4 geht die Seitenansicht des4 shows the side view of the
Bürstenhaltergrundkörpers 9 hervor, an dessen Seitenfläche daß dieBrush holder body 9 out, on the side surface that the
Elektronikkomponenten aufnehmende wärmeleitfähige Trägersubstrat aufgenommen ist.Electronic components receiving heat-conductive carrier substrate is added.
Auf dem wärmeleitfähigen Substrat 12 sind die einzelnen elektronischen Bauelemente 25 wie beispielsweise eine zentrale Recheneinheit, Hallsensoren 13 sowie Leistungsschaltelemente aufgebracht. Der Hallsensor 13 ist so angeordnet, daß er unmittelbar über dem Ringmagneten 6 liegt der auf der Ankerwelle 5 aufgenommen ist, von der hier lediglich die Rotationsachse 16 dargestellt ist. Unterhalb des Bürstenhaltergrundkörpers 9 ist in der Seitenansicht die Kühlkörperbrücke 19 dargestellt, die das wärmeleitfähige Substrat 12 mit dem Kühlkörper 14 verbindet. Oberhalb des Bürstenhaltergrundkörpers 9 ist die Steckerverbindung 10 in seitlicher nur schematisch wiedergegebener Ansicht dargestellt. Das wärmeleitfähige Substrat 12 gemäß Fig. 4 ist federnd an den Bürstenhaltergrundkörper 9 angestellt. Die Steckkontakte, die Kohlebürsten 22, 24 und die Anschlußpins des Bürstenhaltergrundkörpers 9 können durch leitfähige Leiterbahnen miteinander vernetzt sein. Diese können eingespritzt und/oder aus nachträglich eingesetzten Teilen bestehen. Ferner können die Leiterbahnen mittels 3D-MID-Technik nachträglich auf Bürstenhaltergrundkörper 9 und auf das wärmeleitfähige Trägersubstrat 12 aufgalvanisiert werden.The individual electronic components 25, such as, for example, a central processing unit, Hall sensors 13 and power switching elements, are applied to the thermally conductive substrate 12. The Hall sensor 13 is arranged such that it lies directly above the ring magnet 6 which is received on the armature shaft 5, of which only the axis of rotation 16 is shown here. Below the brush holder base body 9, the heat sink bridge 19 is shown in the side view, which connects the thermally conductive substrate 12 to the heat sink 14. Above the brush holder base body 9, the connector 10 is shown in a side view, only shown schematically. The heat-conductive substrate 12 according to FIG. 4 is spring-loaded on the brush holder base body 9. The plug contacts, the carbon brushes 22, 24 and the connection pins of the brush holder body 9 can be made by conductive Interconnects must be networked. These can be injected and / or consist of subsequently inserted parts. Furthermore, the conductor tracks can be subsequently electroplated onto the brush holder base body 9 and onto the thermally conductive carrier substrate 12 using 3D-MID technology.
In die Einstecköffnung am Polgehäuse für den Kühlkörper 14 könnte zur Aufnahme größerer elektronischer Bauelemente 25 auch ein äußeres Gehäuse eingesteckt werden, welches mit extrem kompakten Abmessungen versehen ist und zur Aufnahme größerer elektronischer Bauelemente 25 dienen kann. An outer housing, which is provided with extremely compact dimensions and can be used to accommodate larger electronic components 25, could also be inserted into the insertion opening on the pole housing for the heat sink 14 in order to accommodate larger electronic components 25.
B ezugszeichenli steLIST OF REFERENCE SIGNS
1. Elektromotor1. Electric motor
2. Polgehäuse 3. Permanentmagnet2. Pole housing 3. Permanent magnet
4. Permanentmagnet4. Permanent magnet
5. Ankerwelle5. Armature shaft
6. Ringmagnet6. Ring magnet
7. Kommutator 8. Ankerpaket mit Wicklung7. Commutator 8. Anchor package with winding
9. Bürstenhaltergrundkörper9. Brush holder base
10. Steckverbindung10. Plug connection
11. Lagerungselement11. Storage element
12. wärmeleitfähiges Trägersubstrat 13. Hallsensor12. thermally conductive carrier substrate 13. Hall sensor
14. Kühlkörper14. Heatsink
15. Getriebegehäuse15. Gear housing
16. Rotationsachse Ankerwelle16. Axis of rotation armature shaft
17. Motorabtrieb 18. Andrückelement17. Motor output 18. Pressure element
19. Kühlkörperbrücke19.Heat sink bridge
20. Bohrung20th hole
21. Federelement21. Spring element
22. Kohlebürste 23. Federelement22. Carbon brush 23. Spring element
24. Kohlebürste24. Carbon brush
25. elektronische Bauelemente25. electronic components
26. Bürstenfuhrung26. Brush guide
27. Federelementstift 28. Federelementstift 27. Spring element pin 28. Spring element pin

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Aufnahme von hochintegrierten Elektronikkomponenten (25) im Inneren eines Elektromotors (1), der mit einem einen Kommutator (7) umschließenden Grundkörper (9) versehen ist, an dem eine Steckverbindung (10) ausgebildet ist und der Ankerwelle (5) und einen Ringmagneten (6) umschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die hochintegrierten1. Device for receiving highly integrated electronic components (25) inside an electric motor (1), which is provided with a base body (9) surrounding a commutator (7), on which a plug connection (10) is formed and the armature shaft (5) and encloses a ring magnet (6), characterized in that the highly integrated
Elektronikkomponenten (25) auf ein wärmeleitfähiges Trägersubstrat (12) aufgebracht sind, welches federnd an den Grundkörper (9) angestellt ist.Electronic components (25) are applied to a thermally conductive carrier substrate (12) which is resiliently attached to the base body (9).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am wärmeleitfähigen Trägersubstrat (12) ein Hallsensor (13) aufgenommen ist, der sich oberhalb eines Ringmagneten (6) befindet.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that a Hall sensor (13) is received on the thermally conductive carrier substrate (12), which is located above a ring magnet (6).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das wärmeleitfähige Trägersubstrat (12) mittels eines Andrückelementes (18) an den Grundkörper (9) angestellt wird.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the thermally conductive carrier substrate (12) by means of a pressure element (18) on the base body (9) is employed.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die am wärmeleitfähigen Substrat (12) aufgenommenen elektronischen Komponenten (25) Leistungsschaltungskomponenten, zentrale Rechner sowie mindestens einen Hallsensor (13) sind.4. The device according to claim 1, characterized in that the on the thermally conductive substrate (12) received electronic components (25) power circuit components, central computer and at least one Hall sensor (13).
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeleitfähige Substrat (12) über eine Kühlkörperbrücke (19) mit einem Kühlkörper (14) in Verbindung stehen. 5. The device according to claim 1, characterized in that the thermally conductive substrate (12) via a heat sink bridge (19) with a heat sink (14) are connected.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (14) mit einer verrippten Oberfläche versehen ist.6. The device according to claim 5, characterized in that the heat sink (14) is provided with a ribbed surface.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckerverbindung (10), Kohlbürsten (22, 24) sowie die Anschlußpins des7. The device according to claim 1, characterized in that the plug connection (10), carbon brushes (22, 24) and the connecting pins of the
Grundkörpers (9) durch leitfähige Bahnen miteinander vernetzt sind.Base body (9) are interconnected by conductive tracks.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Bahnen eingespritzt und/oder durch nachträglich eingelegte Leiterbahnen verwirklicht sind.8. The device according to claim 7, characterized in that the conductive tracks are injected and / or are realized by subsequently inserted conductor tracks.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen mittels 3 D-MID -Technik nachträglich auf den Grundkörper (9) aufgalvanisiert sind. 9. The device according to claim 7, characterized in that the conductor tracks are subsequently electroplated onto the base body (9) by means of 3-D technology.
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