Beschreibung
Titel Elektromotor
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere für eine Pumpe eines Kraftfahrzeugs. Der Elektromotor weist ein Gehäuse, einen Stator und einen Anker auf. Der Elektromotor weist auch eine bevorzugt auf einer Leiterplatte ausgebildete Steuereinheit auf, wobei die Leiterplatte über insbesondere drahtförmige, bevorzugt massiv ausgebildete elektrische Verbindungsleitungen mit dem Gehäuse und/oder dem Stator verbunden ist.
Aus der DE 10 2007 031 2461 ist eine elektronische Steuervorrichtung für ein Servolenkungssystem bekannt, wobei das Servolenkungssystem ausgebildet ist, eine Unterstützungskraft zu einem Lenksystem eines Fahrzeugs mittels einer Ro- tationskraft eines Elektromotors zu erzeugen. Das Steuergerät weist ein Gehäuse auf, welches eine Leiterplatte und Einpress-Pins aufnimmt, wobei die Leiterplatte mit den Einpress-Pins verbunden ist.
Offenbarung der Erfindung Erfindungsgemäß sind bei dem Elektromotor der eingangs genannten Art die
Verbindungsstellen, welche jeweils eine Verbindungsleitung mit der Leiterplatte verbinden, auf einer Leiterplattenfläche der Leiterplatte derart auf einer Kontaktfläche kleiner als die Leiterplattenfläche zusammengefasst angeordnet sind, dass durch Temperaturschwankungen und/oder Vibrationen verursachte mechanische Verformungswirkungen der Leiterplatte auf die Verbindungsstellen minimal oder zumindest im Vergleich zu einer insbesondere gleichmäßig über die Leiterplattenfläche verteilten Anordnung reduziert sind.
Durch diese Anordnung der elektrischen Verbindungsleitungen wird vorteilhaft bewirkt, dass Verbindungsstellen, welche die Leiterplatte mit den elektrischen Verbindungsleitungen verbinden, durch insbesondere thermische Ausdehnungen oder mechanische Vibrationen, welche eine Relativbewegung zwischen der Lei-
terplatte und dem Gehäuse und/oder dem Stator bewirken, vorteilhaft nicht verändert, zerstört oder unterbrochen werden können. Bevorzugt bilden die Verbindungsstellen auf der Kontaktfläche eine Gruppe, weiter bevorzugt ist die Kontaktfläche kreisförmig. In einer bevorzugten Ausführungsform des Elektromotors beträgt die Kontaktfläche weniger als die Hälfte der Leiterplattefläche, weiter bevorzugt ein Drittel der Leiterplattenfläche, besonders bevorzugt ein viertel oder ein fünftel der Leiterplattenfläche. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass Relativbewegungen, verursacht durch thermische Ausdehnungen der Leiterplatte und/oder der Verbindungslei- tungen, im Vergleich zu einer Kontaktfläche, welche der Leiterplattenfläche entspricht, minimal oder zumindest im Vergleich zu einer insbesondere gleichmäßig über die Leiterplattenfläche verteilten Anordnung reduziert sind. In einer vorteilhaften Ausführungsform des Elektromotors weist wenigstens ein Teil der elektrischen Verbindungsleitungen wenigstens eine Schleife oder we- nigstens einen Mäander auf, welche jeweils ausgebildet sind, eine Längsrichtung der Verbindungsleitung wirkende Kraft aufzunehmen und bevorzugt wenigstens teilweise insbesondere federnd zu speichern. Dadurch können vorteilhaft thermische Ausdehnungen der Leiterplatte mindestens reduziert oder nicht auf die e- lektrische Verbindungsstelle wirken. Bevorzugt ist die Schleife durch eine HaIb- welle einer Sinus-oder Rechteckwelle gebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform des Elektromotors ist die Leiterplatte derart schwimmend gelagert, dass die Leiterplatte mindestens überwiegend oder ausschließlich von den Verbindungsleitungen getragen ist. Durch diese Ausführungsformen wird vorteilhaft bewirkt, dass mechanische und/oder durch thermische Ausdehnung verursachte Kräfte nur wenigstens teilweise oder gar nicht auf die Verbindungsstellen übertragen werden können.
Bevorzugt ist die Kontaktfläche mittig in der Leiterplattenfläche angeordnet. Die schwimmende Lagerung kann beispielsweise dadurch gebildet sein, dass die Leiterplatte mittels wenigstens eines Kopplungselements mit einem Gehäuse des Elektromotors verbunden ist, wobei das Kopplungselement bevorzugt ein kleineres Elastizitätsmodul aufweist als die Leiterplatte und/oder das Gehäuse. Das Koppelungselemente kann beispielsweise durch ein Elastomer, beispielsweise Silikongummi oder Polyurethan gebildet sein. Die Leiterplatte ist dann vorteilhaft derart schwimmend gelagert, dass die Leiterplatte mindestens überwiegend von den Verbindungsleitungen getragen ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verbindung zwischen der Leiterplatte und der Verbindungsleitung gepresst. Die gepresste Verbindung bewirkt vorteilhaft, dass durch die Pressung zwischen der Verbindungsleitung und der Leiterplatte sowohl eine mechanische Verbindung, als auch eine elektrische Ver- bindung hergestellt ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Verbindung zwischen der Leiterplatte und der Verbindungsleitung gelötet. Durch die Lötverbindung ist vorteilhaft eine elektrische Verbindung zwischen der Leiterplatte und der Verbindungsleitung hergestellt. Eine mechanische Verbindung zwischen der Leiterplatte und der Verbindungsleitung ist in dieser Ausführungsform der gelöteten Verbindung mindestens durch die Lötstelle gebildet. Die Leiterplatte ist bevorzugt im Falle der gelöteten Verbindung mit dem Gehäuse und/oder dem Stator des Elektromotors derart verbunden, dass die Leiterplatte mindestens überwiegend von der Verbindung zwischen der Leiterplatte und dem Gehäuse getragen ist. Dadurch ist eine mechanische Belastung auf die Lötstelle vorteilhaft gering.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Elektromotors ist die Leiterplatte im Wesentlichen oder genau kreisförmig ausgebildet und ist quer zu einer Motorwellenachse angeordnet. Die Motorwellenachse verläuft bevorzugt durch die Kontaktfläche, insbesondere einen Flächenschwerpunkt der Kontaktfläche. Vorteil- haft ist die Kontaktfläche mittig in der Leiterplatte Fläche angeordnet.
Durch die Anordnung der Kontaktfläche derart, dass die Motorwellenachse durch die Kontaktfläche verläuft, wird vorteilhaft bewirkt, dass Schwingungen des Gehäuses des Elektromotors, verursacht durch ein Drehen der Motorwelle, insbesondere mit einem Motoranker, vorteilhaft nur in geringem Maße oder nicht auf die Verbindungsstellen wirken.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Elektromotors sind die Verbindungsstellen von Verbindungsleitungen eines Bauteils auf einem Radial angeordnet, wobei das Radial sich von einem Punkt der Kontaktfläche zu einem Rand der Leiterplatte erstreckt. Bevorzugt ist der Punkt der Kontaktfläche ein Flächen- Schwerpunkt der Kontaktfläche, ein Flächenschwerpunkt der Leiterplatte, ein Mittelpunkt der Kontaktfläche oder ein Punkt, durch den die Motorwellenachse verläuft. Die vorbeschriebene Anordnung bewirkt vorteilhaft, dass Verbindungsleitungen, insbesondere Anschlüsse eines Bauteils, welche das Bauteil mit der Leiterplatte verbinden, bei thermischen Ausdehnungen und/oder mechanischen Ver- formungen der Leiterplatte bevorzugt gering oder nicht mechanisch belastet werden.
Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Pumpe für ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor. Bei der Pumpe ist eine Leiterplatte mit elektrischen Kontakten des Elektromotors derart verbunden, dass durch Temperaturschwankungen verursachte mechanische Verformungswirkungen der Leiterplatte auf die Verbindungsstellen im Vergleich zu einer gleichmäßigen Verteilung über die Leiterplattenfläche reduziert sind; Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für Verbindungsleitungen, welche Schlei- fen- und mäanderförmige Längsabschnitte aufweist;
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Hallsensor, welcher zum elektrischen Verbinden des Hallsensors ausgebildete Verbindungsleitungen aufweist, welche jeweils auf einem Längsabschnitt wenigstens eine Schleife aufweisen; Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Elektromotor, bei dem Kontakte von Verbindungsleitungen mit einer Leiterplatte verbunden sind, wobei die Leiterplatte mit einem Gehäuse des Elektromotors über einen Verbindungssteg verbunden ist;
Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den in Figur 4 gezeigten Elektromotor ohne die Leiterplatte in einer Aufsicht; Figur 6 zeigt einen Elektromotor, bei dem die Leiterplatte von jeweils mit einem
Gehäuse und/oder Stator des Elektromotors verbundenen, und jeweils als Einpress-Pins ausgebildeten Verbindungsleitungen schwimmend getragen ist. Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Pumpe 1 . Die Pumpe 1 weist ein Gehäuse 3 auf, wobei das Gehäuse 3 einen Elektromotor umschließt. Der Elekt- romotor weist einen Stator umfassend wenigstens eine Statorspule 5 auf. Der E- lektromotor weist auch einen Anker 7 auf, welcher in diesem Ausführungsbeispiel permanentmagnetisch ausgebildet ist. Der Anker 7 ist mit einem Flügelrad 10 verbunden, welches in diesem Ausführungsbeispiel an den Anker 7 angeformt ist. Der Anker 7, welcher in diesem Ausführungsbeispiel einen Rotor des Elekt- romotors bildet, ist um eine Motorwellenachse 20 mittels eines Lagers 21 und eines Lagers 22 drehbar gelagert.
Die Pumpe 1 weist auch ein Pumpengehäuse 24 auf, welches von dem Gehäuse 3 aufgenommen ist. Die Pumpe 1 , insbesondere der Elektromotor der Pumpe 1 , weist auch eine Leiterplatte 14 auf. Die Leiterplatte 14 ist von dem Gehäuse 3 derart aufgenommen und angeordnet, dass eine Leiterplattenebene der Leiterplatte 14 quer zur Motorwellenachse 20 verläuft.
Die Leiterplatte 14 weist eine Mehrzahl - in dieser Abbildung nicht dargestellte - Leiterbahnen auf, welche Kontakte von Bauelementen, insbesondere elektronischen Bauelementen miteinander verbinden, wobei die Bauelemente auf der Leiterplatte 14 angeordnet sind. Dargestellt ist ein Baustein 16, welcher mit der Lei- terplatte 14 verbunden ist. Der Baustein 16 ist beispielsweise ein SMD-Baustein
(SMD = Surface-Mounted-Device).
Der Elektromotor weist auch einen Hallsensor 18 auf. Die Hallsensor 18 ist derart angeordnet, dass eine Rotationsumlauffrequenz des Ankers 10 von dem Hallsensor 18 erfasst werden kann. Der Hallsensor 18 ist dazu ausgebildet, in Ab- hängigkeit von dem Rotieren des Ankers 10 ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches die Rotationsumlauffrequenz repräsentiert. Der Hallsensor 18 weist drei Verbindungsleitungen zum elektrischen Kontaktieren des Hallsensors 18 auf, nämlich eine Verbindungsleitung 30, eine Verbindungsleitung 31 und eine Verbindungsleitung 32. Die Verbindungsleitungen 30, 31 und 32 sind jeweils mit der Leiterplatte 14 in einem Bereich 15 angeordnet. Der Bereich 15 bildet eine Kontaktfläche, welche kleiner ist als eine Leiterplattefläche der Leiterplatte 14. Dargestellt ist auch ein Durchmesser 17 der Leiterplatte 14.
Die wenigstens eine Statorspule 5 ist mittels Verbindungsleitungen 33, 34 und 35 mit der Leiterplatte 14 in dem Bereich 15 verbunden. Die Pumpe 1 weist auch einen elektrischen Anschluss auf, wobei der elektrische
Anschluss drei Verbindungsleitungen, nämlich eine Verbindungsleitung 36, eine Verbindungsleitung 37 und eine Verbindungsleitung 38 umfasst. Die Verbindungsleitungen 36, 37 und 38 sind jeweils als Kontaktstifte in dem elektrischen Anschluss ausgebildet, so dass die Verbindungsleitungen 36, 37 und 38 wenigs- tens abschnittsweise im Bereich eines Endes durch einen Stecker kontaktiert werden können. Die Verbindungsleitung 36 ist im Bereich eines anderen Endes 60 mit der Leiterplatte 14 in dem Bereich 15 verbunden. Bezeichnet ist auch ein in Figur 2 näher beschriebener schleifenförmiger Bereich 50. Die Verbindungsleitung 37 ist mittels eines anderen Endes 62 in dem Bereich 15 mit der Leiterplatte 14 verbunden. Die Verbindungsleitung 38 ist im Bereich eines anderen Endes 64 in dem Bereich 15 mit der Leiterplatte 14 verbunden. Die Verbindungsleitungen 30, 31 , 32, 33, 34, 35, 36, 37 und 38 können jeweils sowohl mittels Pressverbindung als auch Lötverbindung mit der Leiterplatte 14 verbunden sein. Das Gehäuse 3 der Pumpe 1 weist auch einen Anschlussflansch 12 auf, welcher zum fluidführenden Verbinden der Pumpe 1 - beispielsweise mit einem Kühlsystem eines Verbrennungsmotors - ausgebildet ist. Das Gehäuse 3 weist auch eine
an dieses angeformte Haltevorrichtung 23 auf, welche ausgebildet ist, den Hallsensor 18 aufzunehmen und festzuhalten.
Die Verbindungsleitung 36 weist in einem Abschnitt eine - in Figur 2 näher dargestellte - Schleife auf, welche ausgebildet ist, in Längsrichtung der Verbindungs- leitung 36 wirkende Kräfte aufzunehmen.
Figur 2 zeigt - schematisch - ein Ausführungsbeispiel für die in Figur 1 bereits dargestellten Verbindungsleitungen 36, 37 und 38. Die Verbindungsleitung 36 weist im Bereich eines Längsabschnittes eine Schleife 50 auf, welche in diesem Ausführungsbeispiel halbkreisförmig ausgebildet ist. Die Schleife 50 mündet in einen weiteren Abschnitt der Verbindungsleitung 36, wobei die Verbindungsleitung 36 im Bereich eines Endes 60 zum mechanischen und/oder elektrischen Verbinden mit der in Figur 1 bereits dargestellten Leiterplatte 14 ausgebildet ist. Die Verbindungsleitung 36 weist einen Anfangs- und einen Endabschnitt auf, welche jeweils - in die gleiche Richtung weisend - abgewinkelt sind. Die Verbindungsleitung 37 weist einen mäanderförmigen Abschnitt 52 auf. Der mäanderförmige Abschnitt 52 gleicht in dieser Ausführungsform einer Sinuswelle. Der mäanderförmige Abschnitt 52 der Verbindungsleitung 37 ist ausgebildet, in Längsrichtung der Verbindungsleitung 37 wirkende Kräfte, - beispielsweise verursacht durch thermische Ausdehnung -, zu speichern und so die Verbindungs- stellen der Verbindungsleitung 37 mechanisch zu entlasten. Die Verbindungsleitung 37 weist zwei Enden auf, welche jeweils in die gleiche Richtung weisend abgewinkelt sind. Der mäanderförmige Abschnitt 52 mündet in einen Endabschnitt 62 der Verbindungsleitung 37, welcher zum Verbinden mit einer Leiterplatte, beispielsweise der in Figur 1 dargestellten Leiterplatte 14 ausgebildet ist. Die Verbindungsleitung 38 weist zwei Enden auf, wobei ein Ende 64 zum Verbinden mit einer Leiterplatte ausgebildet ist und wobei die Enden jeweils in die gleiche Richtung weisend abgewinkelt sind. Zwischen den Enden der Verbindungsleitung 38 erstreckt sich ein Längsabschnitt, welcher eine Schleife 54 bildet. Die Schleife 54 ist ausgebildet, in Längsrichtung der Verbindungsleitung 38 wirkende Kräfte aufzunehmen und so mindestens das zum Verbinden mit einer
Leiterplatte ausgebildete Ende 64 mechanisch zu entlasten. Figur 3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für einen Hallsensor 18. Der Hallsensor 18 weist drei elektrische Anschlüsse auf, nämlich einen elektrischen Anschluss 30, einen elektrischen Anschluss 31 und einen elektrischen Anschluss 32. Die elektrischen Anschlüsse 30, 31 und 32 sind jeweils als Anschlussbeine ausgebildet. Die Anschlüsse 30, 31 und 32 weisen jeweils einen Längsabschnitt
58 auf, welcher jeweils durch eine Schleife 56 gebildet ist. Die Schleife 56 ist beispielhaft an dem Anschluss 30 bezeichnet. Die Schleife 56 weisen in diesem Ausführungsbeispiel eine Halbwellenform auf. Die Schleife 56 ist ausgebildet, eine in Längsrichtung des Anschlusses 30 wirkende Verformung zu speichern und so eine den Anschluss 30 mit einer Leiterplatte verbindende Verbindungsstelle, beispielsweise eine Lötstelle, mechanisch zu entlasten.
Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Elektromotor, bei dem Anschlüsse von elektrischen Verbindungsleitungen, welche insbesondere mechanisch mit einem Gehäuse des Elektromotors verbunden sind, derart mittels Lötverbindung auf einer Kontaktfläche 42 mit einer Leiterplatte 13 verbunden und zu einer
Gruppe zusammengefasst sind, dass insbesondere durch Temperaturschwankungen verursachte mechanische Kräfte auf die Anschlüsse minimal sind. Die in Figur 4 dargestellte Aufsicht zeigt die Anschlüsse der Verbindungsleitungen 30, 31 und 32 des in Figur 1 dargestellten Hallsensors 18, welche jeweils aus der Leiterplatte 13 herausragen und durch diese durchgeführt sind.
Dargestellt sind auch Anschlüsse der in Figur 1 bereits dargestellten Verbindungsleitungen 33, 34, 35, 36, 37 und 38, welche jeweils durch die Leiterplatte 13 hindurchgeführt sind und aus der Leiterplatte 13 herausragen. Die Kontaktfläche 42 ist beispielsweise kreisförmig ausgebildet. Die Leiterplatte 13 ist mittels eines Bajonettstiftes 40 mit dem Gehäuse des E- lektromotors mechanisch verbunden.
Figur 5 zeigt eine Aufsicht auf den in Figur 4 bereits abschnittsweise dargestellten Elektromotor. Der Elektromotor weist ein Gehäuse 3 auf, wobei an das Gehäuse 3 ein Anschluss 44 zum elektrischen Anschließen des Elektromotors - beispielsweise an eine Steuereinheit oder an eine Versorgungsspannungsquelle
- angeformt ist. Die in Figur 5 dargestellte Aufsicht zeigt den Elektromotor ohne die in Figur 4 dargestellte Leiterplatte 13. Sichtbar ist der Bajonettstift 40, die Verbindungsleitungen 30, 31 , 32, 33, 34, 35, 36, 37 und 38, welche jeweils mit dem Gehäuse 3 des Elektromotors mechanisch verbunden sind. Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Elektromotor, bei dem - wie in Figur 1 - eine Leiterplatte 14 von elektrischen Verbindungsleitungen getragen wird, wobei die elektrischen Verbindungsleitungen mit einem Gehäuse des Elektromotors, in diesem Ausführungsbeispiel mit einem Stator 75 verbunden sind. Die Leiterplattenfläche der Leiterplatte 14 weist in diesem Ausführungsbeispiel, wenigs- tens abschnittsweise oder überwiegend, einen kreisförmigen Umfang auf.
Die Leiterplatte 14 weist eine zentral in der Leiterplatte 14 angeordnete Kontaktfläche 72 auf, wobei die Leiterplatte 14 im Bereich der Kontaktfläche 72 mittels der elektrischen Verbindungsleitungen 76 getragen ist. Der Elektromotor weist auch Führungsstege auf, welche jeweils mit dem Stator 75 mechanisch verbunden sind und welche in entsprechende Aussparungen in der Leiterplatte 14 eingreifen. Die Leiterplatte 14 wird von den Anschlüssen 76 derart gehalten, dass die Leiterplatte 14 schwimmend gelagert ist und die Führungsstege nicht berührt. Ein Führungssteg 70 ist beispielhaft bezeichnet. Der Elektromotor weist auch elektrische Anschlüsse zum elektrischen Anschlie- ßen des Elektromotors an eine Versorgungsspannungsquelle oder eine Steuereinheit auf. Der Elektromotor weist in diesem Ausführungsbeispiel drei elektrische Anschlüsse auf, von denen der Anschluss 74 beispielhaft bezeichnet ist. Die elektrischen Anschlüsse sind in diesem Ausführungsbeispiel jeweils als Kontaktzangen ausgebildet, wobei vorgesehen ist, dass Verbindungsleitungen zum Anschließen des Elektromotors - beispielsweise die Verbindungsleitungen 36, 37 und 38 in Figur 1 - mit den Kontaktzangen verbunden werden können. Die Verbindungsleitungen 36, 37 und 38 können dazu jeweils mit einem Gehäusedeckel verbunden sein, wobei ein Ende der Verbindungsleitungen 36, 37 und 38 jeweils in einen zangenförmigen Anschluss 74 eingreifen kann. Zwischen dem zangen- förmigen Anschluss 74 und der Leiterplatte 14 verläuft ein weiterer Abschnitt der
Verbindungsleitungen, welche jeweils mit einem Endabschnitt durch die Leiterplatte 14 hindurchgeführt sind und - wie die Verbindungsleitung 46 - aus der Leiterplatte 14 herausragen und diese sowohl mechanisch als auch elektrisch kontaktieren. Die Verbindungsleitungen 36, 37 und 38 können jeweils als Einpress- Pins ausgebildet sein.