WO2008046731A1 - Trägerteil für die bürsten eines kommutatormotors - Google Patents

Trägerteil für die bürsten eines kommutatormotors Download PDF

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WO2008046731A1
WO2008046731A1 PCT/EP2007/060367 EP2007060367W WO2008046731A1 WO 2008046731 A1 WO2008046731 A1 WO 2008046731A1 EP 2007060367 W EP2007060367 W EP 2007060367W WO 2008046731 A1 WO2008046731 A1 WO 2008046731A1
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carrier part
control module
motor
circuit board
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Stephan Pauli
Roland Bohn
Orlando Gabriel De Dias
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Robert Bosch Gmbh
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/14—Means for supporting or protecting brushes or brush holders
    • H02K5/143—Means for supporting or protecting brushes or brush holders for cooperation with commutators
    • H02K5/148—Slidably supported brushes
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/38—Brush holders

Definitions

  • the invention is based on a carrier part for the brushes of a commutator motor, in particular a drive motor for the rear wiper of a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.
  • a carrier part for the brushes of a commutator motor in which the brush holder designed as a so-called hammer brush holder and arranged on a base plate, which carries two working resistors to prevent electrostatic charges in addition to the brush.
  • the control unit for the electric motor is arranged in such designs outside the engine, for example in a separate electronics housing, which is mounted on the engine or on a gear connected to the engine.
  • Electronic module for the engine control can be integrated directly into the engine, thereby saving material and assembly costs and the reliability of the arrangement is increased.
  • the combination of the control module with the base plate for the brush assembly, the overall size of the motor can be reduced, at the same time disturbances are largely eliminated by mechanical damage, moisture or dirt.
  • the control module is designed as a user-specific integrated circuit (ASIC), in particular for arrangements which are built in large numbers, and is arranged directly on the base plate or the printed circuit board.
  • the control module is expediently arranged on the same side of the base plate as the brushes.
  • Control module which is arranged on a separate circuit board connected to the base plate for the brushes, offers the possibility to separate the electrical and mechanical equipment of the support part in terms of production and the parts only in a subsequent manufacturing step, preferably by metal pins to connect to each other, which simultaneously produce a via and thus a connection of the components of the control module with the brush assembly.
  • the elements of the control module are preferably arranged on the side facing away from the brush side of the circuit board and thus more effectively protected against mechanical and electrical interference, for example, by deposits of brush abrasion.
  • an additional circuit board as a carrier of the control module more installation space for the module itself and for additional components available, since these in a design of the circuit board as an annular disc or disk segment the same space on the circuit board between the
  • Motor housing and the commutator can take like the base plate for the brush assembly.
  • FIGS. 2a and 2b a second embodiment of a carrier part according to the invention, in which the Base plate for the brush assembly is mechanically and electrically connected to a circuit board as a carrier of the control module.
  • Fig. Ia is denoted by 10 the housing of a commutator, in which coaxially to the housing 10 and the commutator 12, a base plate 14 is arranged. On the base plate 14 sits a brush assembly with two box-shaped brush holders 16, in which brushes 18 are arranged radially displaceable and are pressed by springs 20 to the commutator 12.
  • tracks 22 are formed, which connect the brushes 18, and connected to the brush springs 20 with terminals 24 and 26, where the supply voltage of the motor is located.
  • a control module 28 and a resistor 30 are formed as an integrated circuit, but instead can also be adapted directly to the embodiment and use of the engine custom integrated circuit (ASIC) are used when the number of pieces of the specific embodiment is sufficiently large.
  • ASIC engine custom integrated circuit
  • the base plate 14 itself forms the carrier part, which on the one hand is equipped in a conventional manner with the brush holders 16 and additionally carries the conductor tracks 22, which connects the arranged on the base plate 14 control module 28 for the engine and other components on the one hand to the electrical terminals 24, 26 and on the other hand with the brush 18 for the power supply to the commutator 12.
  • the control module 28 is formed as a molded component and arranged directly on the base plate 14 on the same surface as the brush 16,18, as can be seen from Fig. Ib. This figure also shows that the rear side of the base plate 14 is also suitable for being equipped with
  • Components for example, with a Entstörü 32, can be used.
  • a via 36 must be made to the track 22 on the opposite surface of the base plate 14, on which the brush assembly 16,18, the control module 28 and the resistors 30,34 sit.
  • FIGS. 2a and 2b identical components are designated by the same reference numerals as in FIGS. 1a and 1b. Notwithstanding the previously described
  • the metal pins 40 at the same time form the through-connection 36 to the brush arrangements 16, 18 as well as further plated-through holes 42 to the electrical connections 24 and 26 on the base plate 14.
  • the printed circuit board 38 is fastened on the side of the base plate 14 remote from the brushes 18, so that its entire
  • the circuit board 38 is here in the form of an annular disc with in Substantially the same dimensions as the base plate 14 is formed and arranged as well as the base plate coaxial with the motor housing.
  • the circuit board 38 can also be designed differently from the shape of the base plate 14, for example in the form of a disk segment, which does not cover a portion of the surface of the base plate 14 and leaves room there for mechanical connection means.
  • the inventive design of the support member allows a compact, easy-to-install design and the integration of the electronic control of the motor in the assembly, in particular the drive unit of the motor, for example in the form of a microcontroller, and a switching unit, for example in the form of a field effect transistor, can be integrated directly into the engine in a space-saving manner.
  • the circuit board 38 is formed as a plastic part
  • the base plate 14 may be designed for reasons of strength as an electrically insulated metal part.
  • the carrier part according to the invention is particularly suitable for use as a drive motor for the rear wiper of a motor vehicle, on the one hand, the compact design is very beneficial and on the other hand, there is only a relatively small footprint for the control module 28 because of the limited number of necessary control functions.
  • Another advantageous application is, for example, as a drive motor of window regulators in motor vehicles, where similar installation conditions and a similar space available.

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Abstract

Es wird ein Trägerteil für die Bürsten (18) eines Kommutatormotors vorgeschlagen, insbesondere eines Antriebsmotors für den Heckwischer eines Kraftfahrzeuges, mit einer im Bereich des Kommutators (12) im Motorgehäuse (10) angeordneten Grundplatte (14) für die Bürstenanordnung (16,18), wobei ein Steuermodul (28) für den Motor baulich mit der Grundplatte (14) vereinigt ist. Ein derartiges Trägerteil kann räumlich leicht in das Gehäuse (10) des Motors integriert werden, wodurch ein separates Elektronikgehäuse sowie dessen Montage und Kontaktierung eingespart werden.

Description

Bes chreibung
Titel
Trägerteil für die Bürsten eines Kommutatormotors
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Trägerteil für die Bürsten eines Kommutatormotors, insbesondere eines Antriebsmotors für den Heckwischer eines Kraftfahrzeuges, nach der Gattung des Anspruches 1.
Aus der DE 102 56 831 Al ist ein Trägerteil für die Bürsten eines Kommutatormotors bekannt, bei dem die Bürstenhalter als sogenannte Hammerbürstenhalter ausgebildet und auf einer Grundplatte angeordnet sind, welche neben den Bürsten zwei Arbeitswiderstände zur Vermeidung von elektrostatischen Aufladungen trägt. Die Steuereinheit für den Elektromotor ist bei derartigen Bauformen außerhalb des Motors angeordnet, beispielsweise in einem getrennten Elektronikgehäuse, das am Motor oder an einem mit dem Motor verbundenen Getriebe angebaut ist. Diese Anordnungen erfordern einen zusätzlichen Bauaufwand für die Aufnahme und die Montage der elektronischen Steuerung des Motors, sie benötigen zusätzlichen Bauraum und es müssen Verbindungsmittel für den Anschluss des Elektromotors an die Steuereinheit vorgesehen werden, wodurch zusätzliche Kosten und zusätzlicher Montageaufwand bedingt sind. Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Trägerteil für die Bürsten eines Kommutatormotors mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass ein
Elektronikmodul für die Motorsteuerung direkt in den Motor integriert werden kann, wodurch Material- und Montageaufwand eingespart und die Betriebssicherheit der Anordnung erhöht wird. Durch die Vereinigung des Steuermoduls mit der Grundplatte für die Bürstenanordnung kann die Gesamtbaugröße des Motors verringert werden, wobei gleichzeitig Störeinflüsse durch mechanische Beschädigungen, durch Feuchtigkeit oder durch Verschmutzung weitestgehend beseitigt werden.
Hinsichtlich der Gestaltung der Gesamtanordnung aus der Bürstenträgergrundplatte und dem Elektronikmodul für die Steuerung des Motors hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn entweder die Grundplatte selbst als Leiterplatte ausgebildet und das Steuermodul auf der Grundplatte angeordnet wird, oder wenn das Steuermodul auf einer mit der Grundplatte für die Bürstenanordnung verbundenen, separaten Leiterplatte angeordnet wird. Das Steuermodul wird hierbei insbesondere für Anordnungen, welche in großer Stückzahl gebaut werden, als anwenderspezifische integrierte Schaltung (ASIC) ausgebildet und direkt auf der Grundplatte oder der Leiterplatte angeordnet. Bei der Ausgestaltung der Grundplatte als Leiterplatte ist das Steuermodul zweckmäßigerweise auf der gleichen Seite der Grundplatte angeordnet wie die Bürsten. Die Ausführung mit einem
Steuermodul, welches auf einer mit der Grundplatte für die Bürsten verbundenen separaten Leiterplatte angeordnet ist, bietet die Möglichkeit, die elektrische und die mechanische Bestückung des Trägerteils fertigungsmäßig zu trennen und die Teile erst in einem nachgeordneten Fertigungsschritt vorzugsweise durch Metallstifte miteinander zu verbinden, welche gleichzeitig eine Durchkontaktierung und somit eine Verbindung der Bauteile des Steuermoduls mit der Bürstenanordnung herstellen. In diesem Fall sind die Elemente des Steuermoduls vorzugsweise auf der von den Bürsten abgewandten Seite der Leiterplatte angeordnet und somit noch effektiver gegen mechanische und elektrische Störeinflüsse geschützt, beispielsweise durch Ablagerungen des Bürstenabriebs. Außerdem steht bei der Anordnung einer zusätzlichen Leiterplatte als Träger des Steuermoduls mehr Einbauraum für das Modul selbst und für zusätzliche Bauelemente zur Verfügung, da diese bei einer Ausbildung der Leiterplatte als Ringscheibe oder als Scheibensegment den gleichen Bauraum auf der Leiterplatte zwischen dem
Motorgehäuse und dem Kommutator einnehmen können wie die Grundplatte für die Bürstenanordnung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisiert dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figuren Ia und Ib ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Trägerteils mit einer als Leiterplatte ausgebildeten Grundplatte der Bürstenträgeranordnung in der
Draufsicht und der Seitenansicht und
Figuren 2a und 2b eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Trägerteils, bei der die Grundplatte für die Bürstenanordnung mit einer Leiterplatte als Träger des Steuermoduls mechanisch und elektrisch verbunden ist.
Ausführungsformen der Erfindung
In Fig. Ia ist mit 10 das Gehäuse eines Kommutatormotors bezeichnet, in dem koaxial zum Gehäuse 10 und zum Kommutator 12 eine Grundplatte 14 angeordnet ist. Auf der Grundplatte 14 sitzt eine Bürstenanordnung mit zwei kastenförmigen Bürstenhaltern 16, in denen Bürsten 18 radial verschiebbar angeordnet sind und durch Federn 20 an den Kommutator 12 angedrückt werden.
Auf der Grundplatte 14 sind Leiterbahnen 22 ausgebildet, welche die Bürsten 18, beziehungsweise die mit den Bürsten verbundenen Federn 20 mit Anschlüssen 24 und 26 verbinden, an denen die Versorgungsspannung des Motors liegt. Im Zuge der Leiterbahn 22 zwischen dem Anschluss 24 und der zugehörigen Bürste 18 liegt ein Steuermodul 28 und ein Widerstand 30. Das Steuermodul 28 ist als integrierte Schaltung ausgebildet, stattdessen kann jedoch auch eine direkt auf die Ausführungsform und den Einsatz des Motors abgestimmte anwenderspezifische integrierte Schaltung (ASIC) eingesetzt werden, wenn die Stückzahl der speziellen Ausführungsform ausreichend groß ist. Zwischen dem Anschluss 26 und der anderen Bürste 18 kann beispielsweise eine Entstöreinheit 32 und/oder ein weiterer Widerstand 34 in den Verlauf der Leiterbahn 22 eingefügt werden.
Bei der Anordnung gemäß Fig. Ia bildet die Grundplatte 14 selbst das Trägerteil, welches einerseits in herkömmlicher Weise mit den Bürstenhaltern 16 bestückt ist und zusätzlich die Leiterbahnen 22 trägt, welche das auf der Grundplatte 14 angeordnete Steuermodul 28 für den Motor und weitere Bauelemente einerseits mit den elektrischen Anschlüssen 24, 26 und andererseits mit den Bürsten 18 für die Stromzuführung zum Kommutator 12 verbindet. Das Steuermodul 28 ist als vergossenes Bauteil ausgebildet und direkt auf der Grundplatte 14 auf der gleichen Oberfläche wie die Bürsten 16,18 angeordnet, wie dies aus Fig. Ib ersichtlich ist. Diese Abbildung lässt weiterhin erkennen, dass auch die Rückseite der Grundplatte 14 für die Bestückung mit
Bauelementen, beispielsweise mit einer Entstöreinheit 32, genutzt werden kann. In diesem Fall muss eine Durchkontaktierung 36 zu der Leiterbahn 22 auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Grundplatte 14 erfolgen, auf welcher die Bürstenanordnung 16,18, das Steuermodul 28 und die Widerstände 30,34 sitzen.
In den Figuren 2a und 2b sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie in den Figuren Ia und Ib bezeichnet. Abweichend von der zuvor beschriebenen
Ausführungsform des Trägerteiles weist die Grundplatte 14 in Fig. 2a keine Leiterbahnen 22 auf. Diese sind auf der Oberfläche einer separaten Leiterplatte 38 ausgebildet, welche durch Metallstifte 40 mit der Grundplatte 14 verbunden ist. Die Metallstifte 40 bilden gleichzeitig die Durchkontaktierung 36 zu den Bürstenanordnungen 16,18 sowie weitere Durchkontaktierungen 42 zu den elektrischen Anschlüssen 24 und 26 auf der Grundplatte 14. Die Leiterplatte 38 ist auf der von den Bürsten 18 abgewandten Seite der Grundplatte 14 befestigt, sodass ihre gesamte
Oberfläche für die Bestückung mit dem Steuermodul 28, der Entstöreinheit 32, den Widerständen 30 und 34 sowie gegebenenfalls weiteren Bauteilen genutzt werden kann. Die Leiterplatte 38 ist hierbei in Form einer Ringscheibe mit im Wesentlichen gleichen Abmessungen wie die Grundplatte 14 ausgebildet und ebenso wie die Grundplatte koaxial zum Motorgehäuse angeordnet. Gegebenenfalls kann die Leiterplatte 38 jedoch auch abweichend von der Form der Grundplatte 14 gestaltet werden, beispielsweise in Form eines Scheibensegmentes, welches einen Abschnitt der Oberfläche der Grundplatte 14 nicht überdeckt und dort Platz lässt für mechanische Verbindungsmittel.
Die erfindungsgemäße Gestaltung des Trägerteils ermöglicht eine kompakte, einfach zu montierende Bauform und die Integration der elektronischen Steuerung des Motors in die Baueinheit, wobei insbesondere die Ansteuereinheit des Motors, beispielsweise in der Form eines MikroControllers, und eine Schalteinheit, beispielsweise in der Form eines Feldeffekttransistors, in Platz sparender Weise direkt in den Motor integriert werden können. Dabei ist zumindest die Leiterplatte 38 als Kunststoffteil ausgebildet, die Grundplatte 14 kann aus Festigkeitsgründen auch als elektrisch isoliertes Metallteil gestaltet sein. Das erfindungsgemäße Trägerteil eignet sich in besonderer Weise für die Verwendung als Antriebsmotor für den Heckwischer eines Kraftfahrzeuges, wobei einerseits die kompakte Bauweise sehr vorteilhaft ist und andererseits für das Steuermodul 28 wegen der begrenzten Anzahl der notwendigen Steuerfunktionen nur ein verhältnismäßig geringer Platzbedarf vorliegt. Eine weitere vorteilhafte Verwendungsmöglichkeit besteht beispielsweise als Antriebsmotor von Fensterhebern in Kraftfahrzeugen, wo ähnliche Einbauverhältnisse und ein ähnliches Platzangebot vorliegen .

Claims

Ansprüche
1. Trägerteil für die Bürsten eines Kommutatormotors, insbesondere eines Antriebsmotors für den Heckwischer eines Kraftfahrzeuges, mit einer im Bereich des Kommutators (12) im Motorgehäuse (10) angeordneten Grundplatte (14) für die Bürstenanordnung (16,18), dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuermodul (28) für den Motor baulich mit der Grundplatte (14) vereinigt ist.
2. Trägerteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (14) als Leiterplatte ausgebildet und das Steuermodul (28) auf der Grundplatte (14) angeordnet ist.
3. Trägerteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (28) als vergossenes Bauteil auf der Grundplatte (14) sitzt.
4. Trägerteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (28) in Form einer anwenderspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) auf der Grundplatte (14) angeordnet ist.
5. Trägerteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (28) auf der gleichen Seite der Grundplatte (14) wie die Bürsten (18) angeordnet ist.
6. Trägerteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (28) auf einer mit der Grundplatte (14) für die Bürstenanordnung (16,18) verbundenen, separaten Leiterplatte (38) angeordnet ist.
7. Trägerteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (38) mit der Grundplatte (14) durch
Metallstifte (40) verbunden ist.
8. Trägerteil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (38) mit dem Steuermodul (28) auf der von den Bürsten (18) abgewandten Seite der Grundplatte (14) sitzt.
9. Trägerteil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (38) mit dem Steuermodul (28) als Ringscheibe oder als Scheibensegment ausgebildet und koaxial zum Motorgehäuse (10) auf der Grundplatte (14) für die Bürstenanordnung (16,18) sitzt.
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