WO2022043052A1 - Elektrische maschine mit einem elektrischen schleifkontakt - Google Patents

Elektrische maschine mit einem elektrischen schleifkontakt Download PDF

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WO2022043052A1
WO2022043052A1 PCT/EP2021/072299 EP2021072299W WO2022043052A1 WO 2022043052 A1 WO2022043052 A1 WO 2022043052A1 EP 2021072299 W EP2021072299 W EP 2021072299W WO 2022043052 A1 WO2022043052 A1 WO 2022043052A1
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WO
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shielding plate
rotor shaft
adapter element
electrical machine
axially
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PCT/EP2021/072299
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English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Baumann
Daniel Ihle
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Priority to US18/042,848 priority patent/US20230299644A1/en
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    • H02K2211/03Machines characterised by circuit boards, e.g. pcb

Definitions

  • the present invention relates to an electrical machine with an electrical sliding contact according to the generic type of the independent claims.
  • DE 42 25 496 A1 discloses an electric drive unit in which an intermediate frame, in which a brush holder is integrated, is arranged between a pole pot and a gear housing.
  • the drive unit has a modular structure, with a separately designed plug being able to be arranged at different positions on the drive unit.
  • different variants can be implemented with or without an electronics housing, and depending on the installation position of the drive unit, the plug connection can be adapted according to the space available and the customer-specific mating plug.
  • the electronics housing with the electronics board accommodated therein is always arranged radially outside the pole housing.
  • the disadvantage of such an embodiment is that the electronic circuit board with the different electronic components emits electromagnetic interference (EMC), which can be disruptive for other electronic functions in the motor vehicle.
  • EMC electromagnetic interference
  • the brush contact in the intermediate frame also causes interference radiation, which radiates to the environment through the plastic gearbox housing. This disadvantage is to be remedied by the electrical machine according to the invention. Disclosure of Invention
  • the electrical machine according to the invention with the features of independent claim 1 has the advantage that the formation of an electrically conductive sliding contact between the rotor shaft and an electrical connection to the ground contact of the stator housing prevents the rotor shaft from acting as an antenna for the EMC radiation.
  • the stator housing, together with the shielding plate and the rotor shaft, thus forms a closed Faraday cage which, as an EMC shield, shields the resulting electromagnetic interference from the outside.
  • the shielding plate radially from the flange of the stator housing to its contact with the rotor shaft by means of the sliding contact, the carbon brushes and the electronic interference suppression components are optimally shielded. Due to this optimal shielding effect of such a shielding plate connected at least indirectly to the rotating rotor shaft via the sliding contact, EMC shielding can also be achieved for high frequencies up to, for example, 3 GHz.
  • the shielding plate preferably rests axially on the flange of the stator housing without interruption over its entire circumference, so that a shielding cage without gaps can be realized on the circumference. So that the shielding plate rests reliably on the flange over its entire circumference, the shielding plate has a radial overlapping area with the flange. This overlapping area is in conductive contact with the flange. This ensures a sufficiently low-impedance and symmetrical connection of the shielding to the stator housing over the service life.
  • the shielding plate can act as a supporting component, since it can be braced axially on the flange.
  • the shielding shield can be an integral part of an electronic circuit board.
  • the shielding plate can be clamped axially very easily in an axial assembly process between the flange of the stator housing and a mating flange of the transmission housing.
  • the transmission housing can be made of plastic.
  • the two housing parts are connected to one another by means of screws or crimping or other material deformation.
  • an electrically conductive fleece or fibrous fabric with conductive fibers is used for the sliding contact with the rotor shaft, mechanical abrasion on the rotor shaft can be minimized, thereby increasing the service life of the electric motor.
  • fabrics with metal fibers or also graphite or carbon fibers can be used here.
  • Such a conductive fleece can be attached very easily to the adapter element or also directly to the shielding shield. Due to the easily deformable design of the fleece, space gaps can be used for the sliding contact, so that no additional space is required for the sliding contact.
  • the fleece can be pressed radially against the rotor shaft as a self-supporting structure or in connection with a support structure in order to form a conductive sliding contact.
  • a higher conductivity can be achieved, whereby the EMC shielding can be increased in certain frequency ranges.
  • a conventional metal strand can also be pressed radially against the rotor shaft by means of an elastic element in order to form the sliding contact.
  • Such a metal grid can also be soldered to the metal adapter element or directly to the shielding plate.
  • a metal tab can bear radially rubbing against the rotor shaft, as a result of which a higher contact pressure can be generated over the entire service life.
  • the wear on the rotor shaft can also be minimized by the specific shape of the spring clip.
  • the sheet metal tongue can be formed in one piece on the adapter element or also directly on the shielding plate in a particularly cost-effective manner, as a result of which additional manufacturing and assembly costs are eliminated.
  • the sliding contact consists of a highly conductive metal wire which rests radially on the rotor shaft in an elastically resilient manner.
  • a wire it can be integrated very easily and in a space-saving manner into an existing component, such as a shaft bearing.
  • the spring force can be easily adjusted via the wire diameter.
  • Such a wire spring extends particularly favorably around the entire circumference of the rotor shaft, with the start of the wire and the end of the wire preferably overlapping—or being arranged at a small circumferential angle from one another.
  • the wire preferably bears resiliently against the rotor shaft in a plurality of peripheral regions, whereas other peripheral regions are supported radially outwards on a non-rotatable component.
  • the wire spring can in particular be designed as an n-shaped polygon or as a circular corrugated ring.
  • a bearing plate is fixed on the other side of the shielding plate, which has a bearing seat for the rotor bearing.
  • the rotor bearing is designed as a cylinder or spherical bearing - in particular made of sintered metal.
  • the bearing seat is preferably designed in one piece with the end shield as an injection molded part.
  • the bearing mount is centered on the end shield in the gearbox housing. As a result, the rotor shaft is mounted at one end in the stator housing and in a central area via the end shield in the gearbox housing.
  • the central opening in the shielding plate for the rotor shaft is preferably shielded by means of a separately manufactured, electrically conductive adapter element which is electrically conductively fastened axially to the shielding plate and at the same time mechanically to the end shield.
  • a cylindrical receptacle for the electrically conductive spring element is formed in this component.
  • a wire spring for example—preferably a polygonal line or a radial ondular washer—is supported radially thereon and presses specific circumferential areas radially against the rotor shaft.
  • the bearing component electrically connected to the shielding shield, in particular via the electrically conductive adapter element.
  • axially resilient sheet metal elements are formed around the bore on the adapter element and bear axially resiliently directly on the bearing component. The entire axial opening of the stator housing is shielded tightly by this flat ground contact from the adapter element to the rotor bearing and to the shielding plate.
  • the sliding contact can also be formed directly on the adapter element, which is electrically connected to the shielding shield.
  • the bearing component does not have to be electrically connected to the shielding plate. It is also possible to arrange the sliding contact directly on the shielding plate, for example to design it in one piece with it.
  • the adapter element is made of a conductive metal sheet, preferably in the form of a hollow body open on one side, the open end face of which rests conductively on the shield.
  • a hole is formed in the adapter element opposite the open side to accommodate the rotor shaft.
  • the hollow space, together with the rotor shaft, preferably also accommodates a ring magnet arranged thereon, which interacts with a magnetic sensor on the printed circuit board, in which the shielding shield is preferably integrated.
  • the cavity can be lined with the electrically conductive fleece or the metal mesh and form the sliding contact on the bore of the adapter element. The fleece or the metal mesh is then advantageously clamped or soldered in an electrically conductive manner between the open end face and the shielding shield.
  • quiver brushes can be arranged on a brush holder plate, which is arranged underneath the shielding shield.
  • the brush holder plate is arranged axially completely within the stator housing.
  • the brush holder component is preferably made of plastic, so that holders for the brushes can be molded directly onto it in one piece.
  • the brush holder component can through the central breakthrough in Shield shield are connected through to the end shield, the shield shield being fastened axially between these two components in order to form a preassembled sandwich component together.
  • connecting elements reach through the central opening in the shielding plate so that the flat conductive conductor layer of the shielding plate is not interrupted.
  • locking elements and/or clamping elements can be formed on the brush holder and/or on the bearing plate, which interact with counter-locking elements and/or clamping elements on the bearing plate and/or the brush holder.
  • the brush holder and the end shield with the intermediate shielding plate are designed as a preassembled sandwich component.
  • This sandwich component is centered in relation to the stator housing by means of the brush holder plate and in relation to the transmission housing by means of the outer contour of the bearing mount of the end shield.
  • the shielding plate can be integrated particularly cost-effectively into an electronic circuit board, with at least one continuously conductive conductor layer—preferably a copper layer—being formed in the insulating substrate of the electronic circuit board, on which no defects are formed due to the formation of circuits or the connection of electronic components. All the electronic components and the contact elements for the brushes can advantageously be assembled on the electronic circuit board using cost-effective and robust SMD technology (Surface Mounted Devices).
  • the surface-continuously conductive conductor layers can be produced as standard during circuit board production, with two such surface-conductivity conductor layers preferably being arranged as axially inner layers, and the circuits and electronic components being formed on two further outer conductor layers.
  • the at least one planar conductive conductor layer is connected to at least one axial side surface of the printed circuit board by means of axial plated-through holes, which then bears axially conductively against the flange.
  • the through-connections are particularly preferably arranged within the radial overlapping area and thereby connect the electrically conductive overlapping area on the underside to the surface-continuously conductive conductor layer inside the electronic circuit board.
  • the distances between the vias in the circumferential direction must not be too large in order to also reliably shield high frequencies up to 3 GHz.
  • the adapter element preferably has an approximately quadrilateral—in particular rectangular—outer circumference, which engages in a corresponding receptacle in the end shield. Axially opposite, the adapter element lies conductively with this square end face axially on the circumference of the corresponding central opening in the shielding plate.
  • a ground contact area is formed on the upper side of the electronics board along the opening.
  • a surface tin layer is electrically connected to at least one inner, flat, uninterrupted conductor layer by means of via contacts.
  • FIG. 1 shows an overall view of an electrical machine according to a first exemplary embodiment
  • Fig. 1 shows an electric machine 10, such as for adjusting moving parts - is used in motor vehicles - preferably window panes, sunroofs or seat components.
  • a stator 12 is arranged in a stator housing 22, within which a rotor 14 is arranged, the rotor shaft 16 of which extends axially from the stator housing 22 into an axially adjoining transmission housing 60.
  • the stator 12 preferably has permanent magnets 13 which drive an electrical winding 15 of the rotor 14 .
  • the drive torque is transmitted from the rotor shaft 16 to a gear arranged in the gear housing 60 .
  • an output element 17 is arranged on the rotor shaft 16, which interacts with other transmission components.
  • a brush holder plate 55 is arranged between the pole housing 22 and the gear housing 60, which accommodates electric brushes 20 for electrically contacting a commutator 18 arranged on the rotor shaft 16.
  • the brushes 20 can be hammer brushes or preferably quiver brushes be trained.
  • the brush holder plate 55 is produced as a plastic component, for example, and is preferably arranged radially completely inside the stator housing 22 .
  • Axially adjacent to the brush holder plate 55 is a shielding plate 29 arranged transversely to the rotor shaft 16, which is formed with a metal layer 36, for example.
  • the shielding plate 29 has a central opening 32 through which the rotor shaft 16 protrudes.
  • the shielding plate 29 rests in an electrically conductive manner on the stator housing 22 at a radially outer overlapping region 40 .
  • a flange 28 is formed on an edge 26 of an axial opening 24 of the stator housing 22, against which the shielding plate 29 rests in the axial direction 8.
  • the shielding plate 29 has at least one conductive conductor layer 36 that is used as a shielding shield 29 for EMC radiation from the electrical machine 10 .
  • a bearing plate 56 is arranged on the other axial side of the shielding plate 29, which has a bearing seat 57 for a bearing component 58 of the rotor shaft 16.
  • the bearing component 58 is designed, for example, as a cylindrical or spherical bearing made of metal. is preferred the bearing component 58 is electrically conductively connected to the planar conductive conductor layer 36 of the shielding plate 29 .
  • the bearing plate 56 is preferably connected axially to the brush holder plate 55 by means of clips or clamping elements 98 so that the shielding plate 29 forms a sandwich component 70 between the brush holder plate 55 and the bearing plate 56 .
  • the radial extent of the shielding plate 29 in the radial direction 7 is preferably greater than the radial extent of the brush holder plate 55.
  • the transmission housing 60 is connected to the stator housing 22 by means of connecting elements, whereby the shielding plate 29 is connected between the flange 28 of the stator housing 22 and a Mating flange 61 of the transmission housing 60 is firmly braced and fixed.
  • a connection plug 65 is arranged radially outside of the stator housing 22 in order to be connected to the brushes 20 by means of an electrical connection 65 and contact elements 50 .
  • a wire spring 78 is arranged inside the bearing component 58 and rests radially resiliently as a sliding contact 77 on the rotor shaft 16 .
  • the bearing component 58 is fixed in a rotationally fixed manner in the bearing plate 56 , for example by means of a clamping ring 59 which grips the bearing plate 54 and rests axially on the bearing component 58 in order to press it against the bearing mount 57 .
  • a cylindrical receptacle 51 is formed in the bearing component 58, on which the wire spring 78 is supported radially outwards.
  • the receptacle 51 is formed so deep, in particular in the axial direction 8, that the wire spring 78 does not protrude axially beyond the bearing component 58 .
  • Two exemplary embodiments of such wire springs 78 are shown in more detail in FIGS. 3 and 4 .
  • FIG. 2 In the first variant of FIG. 2 is located axially on the bearing component 58 to an adapter element 82, which electrically conductively connects the bearing component 58 to the shielding plate 29.
  • the shielding plate 29 rests axially on the flange 28 of the stator housing 22, which forms the ground contact.
  • a reliable sliding contact 77 is thus produced between the rotor shaft 16 and the bearing component 58 via the wire spring 78 , which is guided without interruption via the adapter element 82 and the shielding plate 29 to the stator housing 22 .
  • the adapter element 82 is made, for example, as a cuboid hollow body made of sheet metal to a shield central opening 32 of the shielding plate 29 for the rotor shaft 16 against EMC, the adapter element 82 produced separately being inserted into the end shield 56 .
  • both the central opening 32 and, correspondingly, a ground contact area 80 around this central opening 32 on the shielding plate 29 are approximately square.
  • the adapter element 82 has an approximately four-cornered base area 83 with a four-cornered peripheral wall 84 formed thereon in the axial direction 8 , the end face 106 of which is pressed axially against the ground contact area 80 .
  • the adapter element 82 also has an opening 86 for the rotor shaft 16 .
  • Axial spring tongues 107 are formed on the circumference of this opening 86 and are pressed axially against the bearing component 58 .
  • the conductive adapter element 82 is then clamped axially between the ground contact area 80 and the bearing component 58 .
  • a receptacle 88 is formed on the bearing plate 56 around its bearing seat 57, into which the adapter element 82 is inserted axially.
  • the receptacle 88 has radial holding elements 108 which are designed, for example, as a peripheral wall. Since the outer circumference of the adapter element 82 is square in this embodiment, the receptacle 88 has a corresponding square cross section, so that the adapter element 82 is guided radially therein. At the same time, the square form fit between the adapter element 82 and the receptacle 88 represents a rotation lock for the adapter element 82.
  • the adapter element 82 can be manufactured, for example, as a stamped and bent part from sheet metal, whereas the bearing plate 56 is manufactured as a plastic injection molded part.
  • the brush holder plate 55 is arranged in the stator housing 22 axially below the shielding plate 29 .
  • Axial webs 97 are preferably formed on the brush holder plate 55 and extend in the axial direction 8 through the central opening 32 of the shielding plate 29 into the adapter element 82 .
  • the axial webs 97 are preferably designed as clamping elements 98 which press the adapter element 82 in the radial direction 7 with the receptacle 88 in the bearing plate 56 .
  • snap-in tongues 99 are formed in particular on the adapter element 82 which dig into the axial webs 97 and/or in the receptacle 88 .
  • the brush holder plate 55 forms a preassembled sandwich component 70 with the end shield 56 and the shielding plate 29 lying between them, which can be inserted axially into the stator housing 22 .
  • a metallically conductive fleece or fabric 76 is inserted in the adapter element 82 and forms the sliding contact 77 with the rotor shaft 16 .
  • a hole 79 is also cut out in the fleece 76 corresponding to the opening 86 in the adapter element 82 , the peripheral edge of which rests radially on the rotor shaft 16 . Due to the fibrous design of the conductive fleece 76, the friction in relation to the rotor shaft 16 is lower, so that the abrasion on the rotor shaft 16 is reduced and at the same time a good electrical sliding contact 77 to the rotor shaft 16 is produced.
  • the fleece 75 or a similar fabric contains electrically conductive fibers - for example made of graphite or metal - which are electrically conductively connected to one another.
  • Fleece 76 extends inside adapter element 82 from opening 86 to shielding plate 29 .
  • the sliding contact 77 is formed directly between the rotor shaft 16 and the fleece 76, so that the adapter element 82 with the fleece 76 inserted therein can also be arranged at an axial distance from the bearing component 58 (other than shown in Fig. 2). .
  • the ground contact then goes directly via the fleece 76 to the shielding plate 29 to the stator housing 22.
  • the shielding plate 29 is designed as at least one surface conductive metal layer 36 of a printed circuit board 30.
  • Electronic components 44 are preferably arranged using SMD technology on this printed circuit board 30 .
  • a Hall sensor 49 which interacts with a ring magnet 23 on the rotor shaft 16 is arranged directly at the edge of the central opening 32 in the printed circuit board 30 . Since ring magnet 23 lies approximately in an axial plane with Hall sensor 49 of circuit board 30 , ring magnet 23 extends axially into the cavity of adapter element 82 .
  • the ring magnet 23 and/or a guide element 25 arranged axially adjacent within the adapter element 82 is of conical design in order to spread the brushes 20 apart during the assembly of the brush holder plate 56 .
  • the brushes 20 are then arranged axially below the printed circuit board 30 in brush holders 21 and rest radially on the commutator 18 .
  • the commutator 18 is by means of a commutator hook 19 connected to the electrical winding 15 of the rotor 14.
  • the rotor shaft 16 extends from the stator housing 22 through the brush holder plate 55 and through the central opening 32 in the printed circuit board 30 through the opening 86 in the adapter element 82 through the bearing component 58 and protrudes with a free end into the gear housing 60.
  • the free end is a an output element 17 arranged, for example, a worm gear.
  • the printed circuit board 30 extends beyond the stator housing 22 in a certain peripheral area with a radial balcony 101 and is connected radially outside the flange 28 to a separate connector plug 64, in which the pins 63 for the power supply and for the Hall sensor 49 are arranged.
  • the printed circuit board 30 is completely covered by the end shield 56 which also extends radially beyond the flange 28 of the stator housing 22 with a radial extension 100 in the region of the printed circuit board 30 .
  • An interference suppression choke 45 and/or a varistor 46 and/or a capacitor 47 and/or a thermal switch 48 are arranged as electronic components 44 on the electronic circuit board 30 .
  • An electrically conductive overlapping region 40 with the stator housing 22 is formed circumferentially on the underside 41 of the printed circuit board 30 on a radially outer circumference and rests conductively on the flange 28 .
  • This conductive overlap portion 40 is formed by metallic plating on an insulating substrate 34 of the printed circuit board 30 or by removing the outermost insulating layer so that the outer conductive layer 35 of the electronic board 30 is exposed at the bottom 41 .
  • This radially outer overlapping area 40 is electrically connected to the planar conductive conductor layer 36 which is arranged inside the electronics circuit board 30 .
  • many individual vias (vias) 38 are distributed over the outer circumference and connect the overlapping area 40 to the other conductor layers 35, 36 of the electronic circuit board 30.
  • the distance between the plated-through holes 38 is in particular a maximum of 3 mm so that sufficient EMC shielding is available.
  • the individual vias (VIAS) 38 on the overlapping area 40 and on the ground contact area 80 are designed to be continuous axially through the entire electronic circuit board 30 so that they each extend from the bottom 41 to the top 42 of the printed circuit board 30 .
  • the components 44 and the contact elements 50 for the brushes 20 are all in the form of SMD components here, so that the electronic circuit board 30 can be completely assembled using a single Surface Mounted Devices (SMD) soldering process.
  • SMD Surface Mounted Devices
  • a spherical bearing is shown as the bearing component 58 in FIG. 3, in which a central through bore 54 for the sliding accommodation of the rotor shaft 16 is formed.
  • the cylindrical receptacle 51 for the wire spring 78 is formed concentrically in the bearing component 58 on one axial side.
  • the wire spring 78 is designed here as a polygonal line 73 which completely encloses the through hole 54, with a wire end 96 overlapping a wire start 95 in particular at a specific circumferential angle.
  • the wire spring 78 is approximately triangular, for example, so that the rounded corners 53 are supported radially on the outer wall of the cylindrical receptacle 51 .
  • the straight sections 52 of the wire spring 78 run tangentially to the through bore 54 and, when the rotor shaft 16 is inserted, lie radially resiliently against the latter in order to form an electrical sliding contact 77, as can be seen from the section in FIG.
  • the polygon 73 can also be designed with four, five or six corners, with the straight sections 52 always forming the sliding contact 77 with the rotor shaft 16 .
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a wire spring 78 which is designed as a corrugated ring 74 .
  • Sections 67 bent outwards are supported radially on the outer wall of the cylindrical receptacle 51 .
  • Intermediate inwardly bent sections 66 overlap radially with the through bore 54 and, after the insertion of the rotor shaft 16, bear radially resiliently against the latter in order to form the electrical sliding contact 77.
  • the end of the wire 96 does not overlap with the start of the wire 95, so that the corrugated ring 74 does not completely enclose the through hole 54.
  • the wire springs 78 are arranged axially completely within the cylindrical receptacle 51.
  • the bearing component 58 can alternatively also be designed as a cylinder bearing in which the cylindrical receptacle 51 for the wire spring 78 is recessed.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a sliding contact 77 according to the invention, in which a metal mesh 75 bears directly radially against the rotor shaft 16 so that it rubs.
  • the metal mesh 75 is designed here as a type of metal strand that wraps around the rotor shaft 16 and is pressed radially against the rotor shaft 16, for example by means of an elastic element such as a rubber ring 71.
  • the metal mesh 75 is here directly axially adjacent to the adapter element 82 arranged and is electrically conductively connected to it.
  • the metal mesh 75 can also be arranged directly in the opening 86 or inside the adapter element 82 .
  • the ground contact from the rotor shaft 16 is then established via the metal mesh 75 to the adapter element 82 to the shielding plate 29 to the stator housing 22 .
  • the adapter element 82 can thus also be arranged at an axial distance from the bearing component 58 .
  • the metal mesh 75 is preferably soldered to the adapter element 82, but can also be connected to it via a clamp connection.
  • the shielding plate 29 is again designed as an integral part of the printed circuit board 30, whose ground contact area 80 rests axially on the metal adapter element 82.
  • a window 89 is cut out on the peripheral wall 84 of the adapter element 82, through which the Hall sensor 49 receives the magnetic signal of the ring magnet 23. This window 89 is made as small as possible in order to interrupt the EMC shielding by the adapter element 82 as little as possible.
  • FIG. 6 shows a further embodiment according to the invention, in which the sliding contact 77 is formed directly in one piece with the adapter element 82 .
  • elastic sheet metal tongues 81 are punched out on the circumference of the axial opening 86 and press radially resiliently against the built-in rotor shaft 16 in order to form a sliding contact 77 .
  • the radial tips 85 of the sheet metal tongues 81 are bent outwards, so that a folded edge 90 radially at the Rotor shaft 16 is present. As a result, the wear on the rotor shaft 16 due to the sliding contact 77 with the sheet metal tongues 81 is reduced.
  • exactly four sheet metal tongues 81 are formed over the circumference of the opening 86, in particular at regular intervals.
  • the opening 86 with the sheet metal tongues 81 is formed on a square base area 83 of the adapter element 82 which runs transversely to the rotor shaft 16 .
  • This is followed in one piece by a peripheral wall 84 of the adapter element 82 which extends approximately parallel to the rotor shaft 16 .
  • axially elastic spring elements 87 are formed on the peripheral wall 84 towards the printed circuit board 30, the irregularities on the surface of the ground contact area 80 - which is caused in particular by a tin coating of the printed circuit board 30 is formed - equalize.
  • the adapter element 82 can be designed without electrical contact with the bearing component 58 in order to electrically contact the rotor shaft 16 with the ground of the stator housing 22 .
  • snap-in tongues 99 are formed radially outwards on the peripheral wall 84, which are pressed radially against the retaining elements 108 of the receptacle 88 by the clamping elements 98 of the brush holder plate 55 and dig into them.
  • the adapter element 82 is preferably designed in one piece as a stamped and bent part - for example made of electrically conductive tinplate or sheet brass.
  • FIG. 7 shows a further embodiment according to the invention, in which the sliding contact 77 is formed directly in one piece with the adapter element 82 .
  • a plurality of punched-out elastic sheet metal tongues 81 are bent over in the axial direction 8 , so that they preferably bear against the rotor shaft 16 in a radially resilient manner with a bulge 92 .
  • the tips 85 of the sheet metal tongues 81 here point away from the adapter element 82 in the axial direction 8 .
  • the axial extent 93 of the sheet metal tongues 81 is significantly greater than their tangential extent 94 in the connection area toward the square base area 83 of the adapter element 82 .
  • the many individual radial contact surfaces of the many sheet metal tongues 81 form a very reliable sliding contact 77 with the rotor shaft 16 , which also causes very little abrasion on the rotor shaft 16 .
  • a copper-zinc or copper-tin alloy or tinplate is used as the material for the one-piece adapter element 82, which has sufficiently good electrical conductivity.
  • an annular axial cutout 91 can be formed in the bearing component 58 on its side facing the adapter element 82 (see FIG. 3), in which the axial tips 85 of the sheet metal tongues 81 engage axially .
  • the adapter element 82 is made entirely of an electrically conductive fleece 76 or a metal mesh 75.
  • the opening 86 in the fleece 76 or in the metal mesh 75 is formed on the square base 83 .
  • the receptacle 88 is designed in particular as a peripheral axial wall which approximately encloses the square base area 83 .
  • the fleece 76 or the metal mesh 75 rests axially in an electrically conductive manner on the ground contact surface 80 of the circuit board 30 in order to contact the stator housing 22 via this.
  • the end shield 56 has a radial extension 100 which, when installed, extends over the printed circuit board 30 and the connector plug 64 attached to it.
  • the radial extension 100 is axially connected to the connector plug 64, in particular latched, so that the radial balcony 101 of the printed circuit board 30, which extends radially beyond the edge 26 of the stator housing 22, is axially between the radial extension 100 and the connection -Plug 64 is added.
  • Two holes 102 are formed in the end shield 56 for test purposes, through which corresponding renden contact pads 103, the electrical contact of the printed circuit board 30 can be tested.
  • FIG. 9 shows a further embodiment of an adapter element 82 according to the invention according to a view in FIG. 6 from below, this being used for example according to the first variant in FIG.
  • Axially resilient sheet metal tabs 107 are formed on the circumference of the opening 86 and rest axially resiliently on the bearing component 58 in the installed state.
  • the opening 86 is shielded from EMC by the bearing component 58 and the rotor shaft 16 .
  • the ground contact is in this case guided from the rotor shaft 16 via the bearing component 58 and the adapter element 82 via the shielding plate 29 to the stator housing 22 .
  • the window 89 for the Hall sensor 49 is again formed on the peripheral wall 84 .
  • an identical recess 109 is cut out radially opposite the window 89 to facilitate assembly.
  • Snap-in tongues 99 are also formed on the inside of the peripheral wall 84, on which the axial webs 97 bear radially and snap with them.
  • the adapter element 82 is clamped to the bearing plate 56 via the outer locking tongues 99 and, on the other hand, to the brush holder plate 55 via the inner locking tongues 99 .
  • the electronic circuit board 30 with the integrated shielding plate 29 lies axially in between in order to form the preassembled sandwich component 70 .
  • the specific shape of the stator housing 22, the transmission housing 60 and the connector plug 64 can be adapted to the corresponding application of the electrical machine 10.
  • the electronics circuit board 30 can also, for example, accommodate different electronic components 44 depending on the requirement.
  • the configuration of the printed electronic circuit board 30 can also be varied and, for example, can be formed with fewer or more than four conductor layers 35, with at least one surface-conductive conductor layer 36 being arranged.
  • the central opening 32 in the printed circuit board 30 can also have a cross section that deviates from a square shape.
  • plate 29 can also be in the form of a sheet metal which bears against flange 28 at its radially outer edge.
  • the sliding contact 77 can be formed either directly on the bearing component 58 or on the adapter element 82 , the latter being characterized by the mechanical connection of the shielding plate 29 to the end shield 56 .
  • the invention is particularly suitable for rotating components or as an actuator for moving parts in motor vehicles, such as window panes, sunroofs or seat components, but is not limited to this application.

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Abstract

Elektrische Maschine (10), insbesondere zum Verstellen beweglicher Teile im Kraftfahrzeug, mit einem Statorgehäuse (22), das einen Stator (12) und einen Rotor (14) aufnimmt, wobei der Rotor (14) eine Rotorwelle (16) aufweist, und das Statorgehäuse (22) eine axiale Öffnung (24) aufweist, durch die die Rotorwelle (16) aus dem Statorgehäuse (22) ragt, wobei quer zur Rotorwelle (16) eine elektrisch leitende Abschirmplatte (29) angeordnet ist, die im Wesentlichen die gesamte Öffnung (24) abdeckt, und an der Rotorwelle (16) ein elektrisch leitender Schleifkontakt (77) ausgebildet ist, der elektrisch leitend mit der Abschirm platte (29) verbunden ist.

Description

Beschreibung
Titel
Elektrische Maschine mit einem elektrischen Schleifkontakt
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem elektrischen Schleifkontakt nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Mit der DE 42 25 496 Al ist eine elektrische Antriebseinheit bekannt geworden, bei der zwischen einem Poltopf und einem Getriebegehäuse eine Zwischenzarge angeordnet ist, in die ein Bürstenhalter integriert ist. Die Antriebseinheit ist dabei modular aufgebaut, wobei ein separat ausgebildeter Stecker an unterschiedlichen Positionen an der Antriebseinheit angeordnet werden kann. Dadurch können beispielsweise unterschiedliche Varianten mit oder ohne Elektronikgehäuse realisiert werden, und je nach Einbaulage der Antriebseinheit der Steckeranschluss entsprechend den Raumverhältnissen und dem kundenspezifischen Gegenstecker angepasst werden. Das Elektronikgehäuse mit der darin aufgenommenen Elektronikplatine ist dabei immer radial außerhalb dem Polgehäuse angeordnet. Nachteilig bei solch einer Ausführung ist, dass die Elektronikplatine mit den unterschiedlichen Elektronikbauteilen elektromagnetische Störstrahlung (EMV) abstrahlt, die für andere Elektronikfunktionen im KFZ störend sein kann. Außerdem verursacht auch der Bürstenkontakt in der Zwischenzarge Störstrahlung, die durch das Getriebegehäuse aus Kunststoff an die Umgebung abstrahlt. Dieser Nachteil soll durch die Erfindungsgemäße elektrische Maschine behoben werden. Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die Ausbildung eines elektrisch leitenden Schleifkontakts zwischen der Rotorwelle und einer elektrischen Verbindung zum Massekontakt des Statorgehäuses verhindert wird, dass die Rotorwelle als Antenne für die EMV-Strahlung wirkt. Somit bildet das Statorgehäuse zusammen mit der Abschirm platte und der Rotorwelle einen geschlossenen Faradayschen Käfig, der als EMV-Abschirmung die entstehende elektromagnetische Störstrahlung nach außen abschirmt. Durch die Anordnung der Abschirm platte radial vom Flansch des Statorgehäuses bis zu deren Kontaktierung mit der Rotorwelle mittels des Schleifkontakts, werden dadurch die Kohlebürsten und die elektronischen Entstörbauteile optimal abgeschirmt. Durch diese optimale abschirmende Wirkung einer solchen über den Schleifkontakt zumindest mittelbar mit der rotierenden Rotorwelle verbunden Abschirm platte kann eine EMV-Abschirmung auch für hohe Frequenzen bis beispielsweise 3 GHz erreicht werden.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen, der in dem unabhängigen Anspruch vorgegebenen Ausführungen möglich. Bevorzugt liegt die Abschirm platte ohne Unterbrechung über ihren gesamten Umfang axial am Flansch des Statorgehäuses an, so dass am Umfang ein lückenloser Abschirmkäfig realisiert werden kann. Damit die Abschirmplatte über ihren gesamten Umfang zuverlässig am Flansch anliegt, weist die Abschirmplatte einen radialen Überlappungsbereich mit dem Flansch auf. Dieser Überlappungsbereich liegt leitend am Flansch an. Dadurch ist über die Lebensdauer eine ausreichend niederimpedante und symmetrische Anbindung der Abschirmung an das Statorgehäuse gewährleistet. Zusätzlich kann die Abschirmplatte als tragendes Bauteil wirken, da diese fest axial am Flansch verspannt werden kann. Alternativ kann das Abschirmschild integraler Bestandteil einer Elektronikplatine sein. Die Abschirm platte kann sehr einfach in axialem Montageverfahren axial zwischen dem Flansch des Statorgehäuses und einem Gegenflansch des Getriebegehäuses axial verspannt werden. Dabei kann das Getriebegehäuse aus Kunststoff gefertigt sein. Beispielseise werden die beiden Gehäuseteile mittels Schrauben oder Vercrimpen oder sonstiger Materialumformung miteinander verbunden.
Wird für den Schleifkontakt zur Rotorwelle ein elektrisch leitfähiges Vlies bzw. faseriges Gewebe mit leitfähigen Fasern verwendet, kann der mechanische Abrieb an der Rotorwelle minimiert werden, wodurch die Lebensdauer des Elektromotors erhöht wird. Beispielsweise können hier Gewebe mit Metallfasern oder auch Grafit- oder Carbon-Fasern verwendet werden. Ein solch leitfähiges Vlies kann sehr einfach an dem Adapterelement oder auch direkt an dem Abschirmschild befestigt werden. Durch die leicht verformbare Ausbildung des Vlieses können Bauraumlücken für den Schleifkontakt genutzt werden, so dass kein zusätzlicher Bauraum für den Schleifkontakt beansprucht wird. Dabei kann das Vlies als selbsttragende Struktur oder in Verbindung mit einer Stützstruktur radial gegen die Rotorwelle gepresst werden, um einen leitenden Schleifkontakt auszubilden.
Durch die Verwendung eines - insbesondere reinen - Metallgitters, beispielsweise aus Kupfer, kann eine höhere Leitfähigkeit erzielt werden, wodurch die EMV- Abschirmung in bestimmten Frequenzbereichen noch erhöht werden kann. Im einfachsten Fall kann auch eine herkömmliche Metall-Litze mittels eines elastischen Elements radial gegen die Rotorwelle gepresst werden, um den Schleifkontakt auszubilden. Ein solches Metallgitter kann auch gut mit dem metallenen Adapterelement oder direkt mit der Abschirmplatte verlötet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführung kann eine Metall-Lasche radial schleifend an der Rotorwelle anliegen, wodurch über die gesamte Lebensdauer ein höherer Anpressdruck erzeugt werden kann. Durch die konkrete Ausformung der Feder- Lasche kann dabei auch der Verschleiß der Rotorwelle minimiert werden. Besonders kostengünstig kann die Blechzunge einstückig am Adapterelement oder auch direkt an der Abschirmplatte ausgebildet werden, wodurch zusätzlicher Fer- tigungs- und Montageaufwand entfällt.
Besonders vorteilhaft besteht der Schleifkontakt aus einem gut leitenden Metalldraht, der elastisch federnd radial an der Rotorwelle anliegt. Eine solche Drahtfe- der kann sehr einfach und platzsparend in ein bestehendes Bauteil, wie beispielsweise ein Wellen-Lager integriert werden. Dabei kann die Federkraft über den Drahtdurchmesser in einfacher Weise eingestellt werden.
Besonders günstig erstreckt sich eine solche Drahtfeder um den gesamten Umfang der Rotorwelle, wobei sich der Drahtanfang und das Drahtende bevorzugt überlappen - oder um keinen kleinen Umfangswinkel beabstandet zueinander angeordnet sind. Dabei liegt der Draht bevorzugt an mehreren Umfangsbereichen federnd an der Rotorwelle an, wohingegen sich andere Umfangsbereiche radial nach außen an einem drehfesten Bauteil abstützen. Die Drahtfeder kann insbesondere als n-förmiger Polygonzug oder als kreisförmiger Well-Ring ausgebildet sein.
Axial gegenüberliegend zur Bürstenträger-Platte ist auf der anderen Seite der Abschirm platte ein Lagerschild befestigt, das einen Lagersitz für das Rotorlager aufweist. Das Rotorlager ist als Zylinder- oder Kalottenlager ausgebildet - insbesondere aus Sintermetall. Die Lageraufnahme ist bevorzugt einstückig mit dem Lagerschild als Spritzgussteil ausgebildet. Dabei wird die Lageraufnahme über das Lagerschild im Getriebegehäuse zentriert. Dadurch ist die Rotorwelle an einem Ende im Statorgehäuse und in einem mittleren Bereich über das Lagerschild im Getriebegehäuse gelagert.
Bevorzugt wird der zentrale Durchbruch der Abschirmplatte für die Rotorwelle mittels eines separat gefertigten, elektrisch leitenden Adapterelements abgeschirmt, das elektrisch leitend axial an der Abschirmplatte und gleichzeitig mechanisch am Lagerschild befestigt ist. dadurch ist die gesamte Öffnung des Statorgehäuses über den gesamten radialen Bereich von der metallenen Rotorwelle bis zum umlaufenden Flansch vollständig elektromagnetisch abgedichtet.
Wird der Schleifkontakt direkt im Lager-Bauteil angeordnet, ist in diesem eine zylinderförmige Aufnahme für das elektrisch leitende Federelement ausgeformt. Daran stützt sich beispielsweise eine Drahtfeder - vorzugsweise ein Polygonzug oder eine Radialwellfeder - radial ab und presst dabei bestimmte Umfangsbereiche radial gegen die Rotorwelle. Bei dieser Ausführung ist das Lager-Bauteil elektrisch mit dem Abschirmschild verbunden, insbesondere über das elektrisch leitende Adapterelement. Hierzu sind an dem Adapterelement um die Bohrung herum axiale federnde Blechelemente ausgeformt, die axial federnd direkt am Lager-Bauteil anliegen. Durch diesen flächigen Massekontakt vom Adapterelement zum Rotorlager und zur Abschirmplatte ist die gesamte axiale Öffnung des Statorgehäuses dicht abgeschirmt.
Alternativ kann der Schleifkontakt auch direkt am Adapterelement ausgebildet sein, der elektrisch mit dem Abschirmschild verbunden ist. Dabei muss das Lager-Bauteil nicht elektrisch mit der Abschirmplatte verbunden sein. Auch ist es möglich den Schleifkontakt unmittelbar am der Abschirmplatte anzuordnen, beispielsweise einstückig mit diesem auszubilden.
Zur Abschirmung des Durchbruchs in dem Abschirmschild ist das Adapterelement aus einem leitenden Blech bevorzugt als einseitig offener Hohlkörper ausgebildet, dessen offene Stirnseite leitend an dem Abschirmschild anliegt. Gegenüberliegend zu offenen Seite ist eine Bohrung im Adapterelement zur Aufnahme der Rotorwelle ausgeformt. Der Hohlraum nimmt mit der Rotorwelle bevorzugt auch einen darauf angeordneten Ringmagneten auf, der mit einem Magnetsensor auf der Leiterplatte zusammenwirkt, in die das Abschirmschild bevorzugt integriert ist. Der Hohlraum kann mit dem elektrisch leitenden Vlies oder dem Metallgeflecht ausgekleidet sein und an der Bohrung des Adapterelements den Schleifkontakt ausbilden. Das Vlies oder das Metallgeflecht ist dann vorteilhaft zwischen der offenen Stirnseite und dem Abschirmschild elektrisch leitend festgeklemmt oder verlötet.
Zur Bestromung des Elektromotors können Köcherbürsten an einer Bürstenhalter-Platte angeordnet sein, die unterhalb dem Abschirmschild angeordnet ist. Die Bürstenhalter-Platte ist insbesondere axial vollständig innerhalb des Statorgehäuses angeordnet. Zur elektrischen Kontaktierung der Bürsten werden diese beispielsweise mittels flexibler Strom-Litzen mit Kontaktelementen der Stromversorgung verbunden. Das Bürstenträger-Bauteil ist bevorzugt aus Kunststoff ausgebildet, so dass Köcher für die Bürsten direkt einstückig daran ausgeformt werden können. Das Bürstenhalter-Bauteil kann durch den zentralen Durchbruch im Abschirmschild hindurch mit dem Lagerschild verbunden werden, wobei das Abschirmschild axial zwischen diesen beiden Bauteilen befestigt wird, um zusammen ein vormontiertes Sandwich-Bauteil auszubilden. Bei der Vormontage des Sandwich-Bauteils greifen Verbindungselemente durch den zentralen Durchbruch der Abschirm-Platte hindurch, damit die flächig leitende Leiterschicht der Abschirm-Platte nicht unterbrochen wird. Beispielsweise können Rastelemente und/oder Klemmelemente am Bürstenhalter und/oder am Lagerschild angeformt sein, die mit Gegenrastelementen und/oder Klemmelementen des Lagerschilds und/oder des Bürstenhalters Zusammenwirken. Dadurch ist der Bürstenhalter und das Lagerschild mit der dazwischenliegenden Abschirm-Platte als vormontiertes Sandwich-Bauteil ausgebildet. Dieses Sandwich-Bauteil wird mittels der Bürstenhalter-Platte gegenüber dem Statorgehäuse, und mittels der Außenkontur der Lageraufnahme des Lagerschilds gegenüber dem Getriebegehäuse zentriert.
Besonders kostengünstig kann die Abschirmplatte in eine Elektronikplatine integriert werden, wobei in dem isolierenden Substrat der Elektronikplatine mindestens eine durchgängig leitende Leiterschicht - bevorzugt eine Kupferschicht - ausgebildet ist, auf der keine Fehlstellen durch die Ausbildung von Schaltkreisen oder die Anbindung von Elektronikbauteilen ausgebildet sind. Auf der Elektronikplatine können vorteilhaft alle Elektronik-Bauelemente und die Kontaktelemente für die Bürsten mittels kostengünstiger und robuster SMD-Technik (Surface Mounted Devices) bestückt werden. Die flächig durchgehend leitenden Leiterschichten können standardmäßig bei der Platinen-Herstellung gefertigt werden, wobei bevorzugt gleich zwei solcher flächig leitenden Leiterschichten als axial innere Schichten angeordnet sind, und an zwei weiteren äußeren Leiterschichten die Schaltkreise und die Elektronikbauteile ausgebildet sind. Dabei ist die mindestens eine flächig leitende Leiterschicht mittels axialer Durchkontaktierungen mit mindestens einer axialen Seitenfläche der Leiterplatine verbunden, die dann axial leitend am Flansch anliegt. Besonders bevorzugt sind die Durchkontaktierungen innerhalb des radialen Überlappungsbereichs angeordnet, und verbinden dadurch den elektrisch leitenden Überlappungsbereich an der Unterseite mit der flächig durchgehend leitenden Leiterschicht im Inneren der Elektronikplatine. Um eine ausreichende EMV-Abschirmung zu gewährleisten, dürfen die Abstände zwischen den Durchkontaktierungen in Umfangsrichtung nicht zu groß sein, um auch noch hohe Frequenzen bis 3 GHz zuverlässig abzuschirmen.
Bevorzugt weist das Adapterelement einen näherungsweise viereckigen - insbesondere rechteckigen - Außenumfang auf, der in eine entsprechende Aufnahme im Lagerschild eingreift. Axial gegenüberliegend liegt das Adapterelement mit dieser viereckigen Stirnseite axial am Umfang des korrespondierenden zentralen Durchbruchs in der Abschirm-Platte leitend an. Hierzu ist an der Oberseite der Elektronikplatine entlang des Durchbruchs ein Massekontakt- Bereich ausgebildet. Dabei ist beispielsweise eine Oberflächen-Zinnschicht mittels Durchkontaktierungen mit mindestens einer inneren, flächig ununterbrochenen Leiterschicht elektrisch verbunden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Gesamtansicht einer elektrischen Maschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer elektrischen Maschine mit zwei Varianten von Schleifkontakten,
Fig. 3 und 4 zwei Ausführungsbeispiele einer Drahtfeder als Schleifkontakt,
Fig. 5 bis 8 weitere Ausführungen von Adapterelementen mit Schleifkontakten, und
Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Adapterelements. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt eine elektrische Maschine 10, wie sie beispielsweise zum Verstellen beweglicher Teile - vorzugsweise Fensterscheiben, Schiebedächer oder Sitzkomponenten - im Kraftfahrzeug eingesetzt wird. Dabei ist in einem Statorgehäuse 22 ein Stator 12 angeordnet, innerhalb dessen ein Rotor 14 angeordnet ist, dessen Rotorwelle 16 sich axial vom Statorgehäuse 22 in ein axial sich anschließendes Getriebegehäuse 60 erstreckt. Der Stator 12 weist bevorzugt Permanentmagnete 13 auf, die eine elektrische Wicklung 15 des Rotors 14 antreiben. Dabei wird das Antriebsmoment von der Rotorwelle 16 auf ein im Getriebegehäuse 60 angeordnetes Getriebe übertragen. Dabei ist auf der Rotorwelle 16 ein Abtriebselement 17 angeordnet, das mit anderen Getriebekomponenten zusammenwirkt. Dadurch werden mittels einer nichtdargestellten Mechanik beispielsweise Teile eines Fahrzeugsitzes oder eine Fensterscheibe im Kraftfahrzeug bewegt. In Axialrichtung 8 ist zwischen dem Polgehäuse 22 und dem Getriebegehäuse 60 eine Bürstenhalter-Platte 55 angeordnet, die elektrische Bürsten 20 aufnimmt, zur elektrischen Kontaktierung eines auf der Rotorwelle 16 angeordneten Kommutators 18. Dabei können die Bürsten 20 als Hammerbürsten oder vorzugsweise als Köcher-Bürsten ausgebildet sein. Die Bürstenhalter-Platte 55 ist beispielsweise als Kunststoffbauteil hergestellt, und vorzugsweise radial vollständig innerhalb des Statorgehäuses 22 angeordnet. Axial benachbart zur Bürstenhalter-Platte 55 ist eine Abschirmplatte 29 quer zur Rotorwelle 16 angeordnet, die beispielsweise mit einer Metallschicht 36 ausgebildet ist. Die Abschirmplatte 29 weist einen zentralen Durchbruch 32 auf, durch den die Rotorwelle 16 hindurch ragt. An einem radial äußeren Überlappungsbereich 40 liegt die Abschirmplatte 29 elektrisch leitend am Statorgehäuse 22 an. Beispielsweise ist an einem Rand 26 einer axialen Öffnung 24 des Statorgehäuses 22 ein Flansch 28 ausgebildet, an dem die Abschirmplatte 29 in Axialrichtung 8 anliegt. Die Abschirmplatte 29 weist zumindest eine flächig leitende Leiterschicht 36 auf, die als Abschirmschild 29 für EMV-Strahlung aus der elektrischen Maschine 10 dient. Gegenüberliegend zur Bürstenträger-Platte 55 ist auf der anderen axialen Seite der Abschirm platte 29 ein Lagerschild 56 angeordnet, das eine Lageraufnahme 57 für ein Lager-Bauteil 58 der Rotorwelle 16 aufweist. Das Lager-Bauteil 58 ist beispielsweise als Zylinder- oder Kalottenlager aus Metall ausgebildet. Bevorzugt ist dabei das Lager-Bauteil 58 elektrisch leitend mit der flächig leitenden Leiterschicht 36 der Abschirmplatte 29 verbunden. Das Lagerschild 56 ist bevorzugt mittels Clips- oder Klemm-Elementen 98 axial mit der Bürstenhalter-Platte 55 verbunden, so dass die Abschirmplatte 29 zwischen der Bürstenhalter-Platte 55 und dem Lagerschild 56 ein Sandwich-Bauteil 70 bildet. Dabei ist die radiale Ausdehnung der Abschirm platte 29 in Radialrichtung 7 vorzugsweise größer als die radiale Ausdehnung der Bürstenhalter-Platte 55. Beispielsweise wird das Getriebegehäuse 60 mit dem Statorgehäuse 22 mittels Verbindungselementen verbunden, wodurch die Abschirmplatte 29 zwischen dem Flansch 28 des Statorgehäuses 22 und einem Gegenflansch 61 des Getriebegehäuses 60 fest verspannt und fixiert ist. Ein Anschluss-Stecker 65 ist radial außerhalb des Statorgehäuses 22 angeordnet um mittels einer elektrischen Verbindung 65 und Kontaktelementen 50 mit den Bürsten 20 verbunden.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel mit unterschiedlichen Varianten eines Schleifkontakts 77 zur Masse- Kontaktierung der Rotorwelle 16 dargestellt. Hierzu ist in einer ersten Variante innerhalb des Lager-Bauteils 58 eine Drahtfeder 78 angeordnet ist, die radial federnd als Schleifkontakt 77 an der Rotorwelle 16 anliegt. Das Lagerbauteil 58 ist dabei drehfest im Lagerschild 56 befestigt, beispielsweise mittels eines Klemmrings 59, der sich am Lagerschild 54 verkrallt und axial am Lager-Bauteil 58 anliegt um dieses gegen die Lageraufnahme 57 zu pressen. Im Lager-Bauteil 58 ist eine zylinderförmige Aufnahme 51ausgeformt, an der sich die Drahtfeder 78 radial nach außen abstützt. Die Aufnahme 51 ist dabei insbesondere in Axialrichtung 8 so tief ausgebildet, dass die Drahtfeder 78 axial nicht über das Lagerbauteil 58 übersteht. In Fig. 3 und Fig. 4 sind zwei beispielhafte Ausführungen solcher Drahtfedern 78 näher dargestellt. In der ersten Variante der Fig. 2 liegt axial an dem Lager-Bauteil 58 ein Adapterelement 82 an, das das Lager-Bauteil 58 elektrisch leitend mit der Abschirm platte 29 verbindet. Die Abschirmplatte 29 liegt axial am Flansch 28 des Statorgehäuses 22 an, das den Massekontakt bildet. Somit ist über die Drahtfeder 78 ein zuverlässiger Schleifkontakt 77 zwischen der Rotorwelle 16 und dem Lager-Bauteil 58 hergestellt, der ohne Unterbrechung über das Adapterelement 82 und die Abschirmplatte 29 zum Statorgehäuse 22 geführt wird. Das Adapterelement 82 ist beispielsweise als quaderförmiger Hohlkörper aus Metallblech hergestellt, um einen zentralen Durchbruch 32 der Abschirmplatte 29 für die Rotorwelle 16 gegen EMV abzuschirmen, wobei das separat hergestellte Adapterelement 82 in das Lagerschild 56 eingesetzt ist. Bei dieser Ausführung ist sowohl der zentrale Durchbruch 32, als auch entsprechend ein Masse- Kontaktbereich 80 um diesen zentralen Durchbruch 32 herum an der Abschirmplatte 29 näherungsweise viereckig ausgebildet. Ebenso weist das Adapterelement 82 eine etwa viereckige Grundfläche 83 mit einer in Axialrichtung 8 daran angeformten viereckigen Umfangswand 84 auf, deren Stirnseite 106 axial gegen den Masse- Kontaktbereich 80 gepresst wird. Das Adapterelement 82 weist ebenfalls einen Durchbruch 86 für die Rotorwelle 16 auf. Am Umfang dieses Durchbruchs 86 sind axiale Federzungen 107 ausgebildet, die axial gegen das Lager-Bauteil 58 gepresst werden. Das leitende Adapterelement 82 wird dann zwischen der Masse- Kontaktbereich 80 und dem Lager-Bauteil 58 axial verspannt. Am Lagerschild 56 ist um dessen Lagersitz 57 herum eine Aufnahme 88 angeformt, in die das Adapterelement 82 axial eingefügt wird. Die Aufnahme 88 weist dabei radiale Halteelemente 108 auf, die beispielsweise als umlaufende Wand ausgebildet sind. Da bei dieser Ausführung der Außenumfang des Adapterelements 82 viereckig ist, weist die Aufnahme 88 einen entsprechenden viereckigen Querschnitt auf, so dass das Adapterelement 82 darin radial geführt wird. Gleichzeitig stellt der viereckige Formschluss zwischen Adapterelement 82 und der Aufnahme 88 eine Drehsicherung für das Adapterelement 82 dar. Das Adapterelement 82 kann beispielsweise als Stanz- Biegeteil aus Blech gefertigt werden, wohingegen das Lagerschild 56 als Kunst- stoff-Spritzgussteil gefertigt ist. Axial unterhalb der Abschirmplatte 29 ist die Bürstenhalterplatte 55 im Statorgehäuse 22 angeordnet. An der Bürstenhalterplatte 55 sind bevorzugt axiale Stege 97 angeformt, die sich in Axialrichtung 8 durch den zentralen Durchbruch 32 der Abschirmplatte 29 in das Adapterelement 82 hinein erstrecken. Die axiale Stege 97 sind dabei bevorzugt als Klemmelemente 98 ausgebildet, die das Adapterelement 82 in Radialrichtung 7 mit der Aufnahme 88 im Lagerschild 56 verpressen. Hierzu sind insbesondere am Adapterelement 82 Rastzungen 99 ausgebildet die sich an den axialen Stegen 97 und/oder in der Aufnahme 88 verkrallen. Dadurch bildet die Bürstenhalterplatte 55 mit dem Lagerschild 56 und der dazwischenliegenden Abschirmplatte 29 ein vormontiertes Sandwich-Bauteil 70, das axial in das Statorgehäuse 22 einfügbar ist. In einer zweiten Variante ist in dem Adapterelement 82 ein metallisch leitendes Vlies oder Gewebe 76 eingefügt, das den Schleifkontakt 77 mit der Rotorwelle 16 ausbildet. Dabei ist im Vlies 76 entsprechend des Durchbruchs 86 im Adapterelement 82 ebenfalls ein Loch 79 ausgeschnitten, dessen Umfangsrand radial an der Rotorwelle 16 anliegt. Durch die faserige Ausbildung des leitfähigen Vlieses 76 ist die Reibung gegenüber der Rotorwelle 16 geringer ausgebildet, so dass der Abrieb an der Rotorwelle 16 verringert wird, und gleichzeitig ein guter elektrischer Schleifkontakt 77 zur Rotorwelle 16 erzeugt wird. Das Vlies 75 oder ein ähnliches Gewebe enthält elektrisch leitende Fasern - beispielsweise aus Grafit oder Metall - die elektrisch leitend untereinander verbunden sind. Das Vlies 76 erstreckt sich innerhalb des Adapterelements 82 von dem Durchbruch 86 bis zur Abschirmplatte 29. Bevorzugt wird dabei das Vlies 76 von dem Adapterelement 82 axial gegen den Masse- Kontaktbereich 80 am Umfang des zentralen Durchbruchs 32 der Abschirmplatte 29 gepresst. Bei dieser zweiten Variante ist der Schleifkontakt 77 direkt zwischen der Rotorwelle 16 und dem Vlies 76 ausgebildet, so dass das Adapterelement 82 mit dem darin eingelegten Vlies 76 auch axial beabstandet zum Lager-Bauteil 58 angeordnet sein kann (anders als in Fig. 2 dargestellt). Der Massekontakt geht dann direkt über das Vlies 76 auf die Abschirmplatte 29 zum Statorgehäuse 22.
Bei beiden Varianten gemäß Fig. 2 ist die Abschirmplatte 29 als mindestens eine flächig leitende Metallschicht 36 einer Leiterplatine 30 ausgebildet. Auf dieser Leiterplatine 30 sind elektronische Bauteile 44 vorzugsweise in SMD-Technik angeordnet. Unmittelbar am Rand des zentralen Durchbruchs 32 der Leiterplatine 30 ist ein Hallsensor 49 angeordnet, der mit einem Ringmagneten 23 auf der Rotorwelle 16 zusammenwirkt. Da der Ringmagnet 23 etwa in einer axialen Ebene mit dem Hallsensor 49 der Leiterplatine 30 liegt, erstreckt sich der Ringmagnet 23 axial in den Hohlraum des Adapterelements 82 hinein. Dabei ist der Ringmagnet 23 und/oder ein innerhalb des Adapterelements 82 axial benachbart angeordnetes Führungselement 25 konisch ausgebildet, um bei der Montage der Bürstenhalterplatte 56 die Bürsten 20 aufzuspreizen. Die Bürsten 20 sind dann axial unterhalb der Leiterplatine 30 in Bürstenköchern 21 angeordnet und liegen radial am Kommutator 18 an. Der Kommutator 18 ist mittels Kommutatorhaken 19 mit der elektrischen Wicklung 15 des Rotors 14 verbunden. Die Rotorwelle 16 erstreckt sich vom Statorgehäuse 22 durch die Bürstenhalterplatte 55 und durch den zentralen Durchbruch 32 der Leiterplatine 30 durch den Durchbruch 86 des Adapterelements 82 durch das Lager-Bauteil 58 und ragt mit einem freien Ende in das Getriebegehäuse 60. Am freien Ende ist als ein Abtriebselement 17 beispielsweise eine Getriebeschnecke angeordnet. Die Leiterplatine 30 deckt zusammen mit dem darauf angeordneten Adapterelement 82 die axiale Öffnung 24 des Statorgehäuses 22 vollständig gegen EMV-Strahlung ab, wobei die Rotorwelle 16 mittels dem leitfähigen Schleifkontakt 77 gegen elektromagnetische Strahlung (EMV) abgedichtet ist. Die Leiterplatine 30 erstreckt sich an einem bestimmten Umfangsbereich mit einem radialen Balkon 101 über das Statorgehäuse 22 hinaus und ist radial außerhalb des Flansches 28 mit einem separaten Anschluss-Stecker 64 verbunden, in dem die Pins 63 für die Stromversorgung und für den Hall-Sensor 49 angeordnet sind. Die Leiterplatine 30 wird vollständig von dem Lagerschild 56 abgedeckt, das sich im Bereich der Leiterplatine 30 ebenfalls mit einem radialen Fortsatz 100 radial über den Flansch 28 des Statorgehäuses 22 hinaus erstreckt. Auf der Elektronikplatine 30 sind als elektronische Bauelemente 44 eine Entstördrossel 45 und/oder ein Varistor 46, und/oder ein Kondensator 47 und/oder ein Thermoschalter 48 angeordnet. An einem radial äußeren Umfang der Leiterplatine 30 ist an deren Unterseite 41 umlaufend ein elektrisch leitender Überlappungsbereich 40 mit dem Statorgehäuse 22 ausgebildet, der leitend am Flansch 28 anliegt. Dieser leitende Überlappungsbereich 40 ist durch eine metallische Beschichtung auf einem isolierenden Substrat 34 der Leiterplatine 30 ausgebildet, oder durch die Entfernung der äußersten Isolationsschicht, so dass die äußere Leiterschicht 35 der Elektronikplatine 30 an der Unterseite 41 frei liegt. Dieser radial äußere Überlappungsbereich 40 ist elektrisch mit der flächig leitenden Leiterschicht 36 verbunden, die im Inneren der Elektronikplatine 30 angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel sind über den äußeren Umfang verteilt viele einzelne Durchkontaktierungen (VIAS) 38 ausgebildet, die den Überlappungsbereich 40 mit den anderen Leiterschichten 35, 36 der Elektronikplatine 30 verbinden. Der Abstand zwischen den Durchkontaktierungen 38 beträgt insbesondere maximal 3 mm, damit eine ausreichende EMV-Abschirmung zur Verfügung steht. Ebenso ist der Masse- Kontaktbereich 80 am zentralen Durchbruch 32 der Leiterplatine 30 mittels Durchkontaktierungen (VIAS) 38 mit der flächig lei- tenden Leiterschichten 36 verbunden. Die einzelnen Durchkontaktierungen (VIAS) 38 am Überlappungsbereich 40 und am Massekontakt- Bereich 80 sind axial durch die gesamte Elektronikplatine 30 durchgehend ausgebildet, so dass sie sich jeweils von der Unterseite 41 bis zur Oberseite 42 der Leiterplatine 30 erstrecken. Die Bauelemente 44 und die Kontaktelemente 50 für die Bürsten 20 sind hier alle als SMD-Bauteile ausgebildet, so dass die Elektronikplatine 30 mittels eines einzigen Surface Mounted Devices (SMD)- Lötprozess komplett bestückbar ist.
In Fig. 3 ist als Lager-Bauteil 58 ein Kalottenlager dargestellt, in dem eine zentrale Durchgangsbohrung 54 für die gleitende Aufnahme der Rotorwelle 16 ausgeformt ist. An einer axialen Seite ist in das Lager-Bauteil 58 konzentrisch die zylinderförmige Aufnahme 51 für die Drahtfeder 78 ausgeformt. Die Drahtfeder 78 ist hier als Polygonzug 73 ausgebildet, der die Durchgangsbohrung 54 vollständig umschließt, wobei insbesondere in einem bestimmten Umfangswinkel ein Drahtende 96 mit einem Drahtanfang 95 überlappt. Die Drahtfeder 78 ist beispielsweise näherungsweise dreieckig ausgebildet, so dass sich die abgerundeten Ecken 53 radial an der Außenwand der zylinderförmigen Aufnahme 51 abstützen. Die geraden Abschnitte 52 der Drahtfeder 78 verlaufen tangential zur Durchgangsbohrung 54 und liegen bei eingefügter Rotorwelle 16 radial federnd an dieser an, um einen elektrischen Schleifkontakt 77 auszubilden, wie dies gemäß dem Schnitt in Fig. 2 ersichtlich ist. Der Polygonzug 73 kann prinzipiell auch 4-, 5- o- der 6-eckig ausgebildet sein, wobei immer die geraden Abschnitte 52 den Schleifkontakt 77 mit der Rotorwelle 16 bilden.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführung einer Drahtfeder 78, die als Wellring 74 ausgebildet ist. Dabei stützen sich nach außen gebogene Abschnitte 67 radial an der Außenwand der zylinderförmigen Aufnahme 51 ab. Dazwischenliegende nach innen gebogene Abschnitte 66 überlappen radial mit der Durchgangsbohrung 54, und liegen nach dem Einfügen der Rotorwelle 16 radial federnd an dieser an, um den elektrischen Schleifkontakt 77 auszubilden. Bei dieser Ausführung überlappt das Drahtende 96 nicht mit dem Drahtanfang 95, so dass der Wellring 74 die Durchgangsbohrung 54 nicht vollständig umschließt. Bei beiden Ausführungen gemäß Fig. 3 und 4 sind die Drahtfedern 78 axial vollständig innerhalb der zylinderförmigen Aufnahme 51 angeordnet. Anstelle des Kalotten lagers kann das Lager-Bauteil 58 alternativ auch als Zylinderlager ausgebildet sein, in dem die zylinderförmige Aufnahme 51 für die Drahtfeder 78 ausgespart ist.
In Fig. 5 ist eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Schleifkontakts 77 dargestellt, bei dem ein Metallgeflecht 75 unmittelbar radial an der Rotorwelle 16 schleifend anliegt. Das Metallgeflecht 75 ist hier als eine Art Metall-Litze ausgebildet, die die Rotorwelle 16 umschlingt, und radial gegen die Rotorwelle 16 gepresst wird, beispielswiese mittels eines elastischen Elements, wie einem Gummiring 71. Das Metallgeflecht 75 ist hier unmittelbar axial benachbart zum Adapterelement 82 angeordnet und ist elektrisch leitend mit diesem verbunden. Das Metallgeflecht 75 kann auch direkt in dem Durchbruch 86 oder innerhalb des Adapterelements 82 angeordnet sein. Der Massekontakt von der Rotorwelle 16 wird dann über das Metallgeflecht 75 zum Adapterelement 82 zur Abschirmplatte 29 zum Statorgehäuse 22 hergestellt. Somit kann das Adapterelement 82 auch axial beabstandet zum Lager-Bauteil 58 angeordnet sein. Das Metallgeflecht 75 ist bevorzugt mit dem Adapterelement 82 verlötet, kann aber auch über eine Klemmverbindung mit diesem verbunden sein. Bei dieser Ausführung ist die Abschirmplatte 29 wieder als integraler Bestandteil der Leiterplatine 30 ausgebildet, deren Masse- Kontaktbereich 80 axial an dem metallenen Adapterelement 82 anliegt. Im Bereich des Hallsensors 49 ist an der Umfangswand 84 des Adapterelements 82 ein Fenster 89 ausgeschnitten, durch das hindurch der Hallsensor 49 das magnetische Signal des Ringmagneten 23 empfängt. Dieses Fenster 89 ist möglichst klein ausgebildet, um die EMV-Abschirmung durch das Adapterelements 82 möglichst wenig zu unterbrechen.
Fig. 6 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführung, bei der der Schleifkontakt 77 unmittelbar einstückig mit dem Adapterelement 82 ausgeformt ist. Hierzu sind am Umfang des axialen Durchbruchs 86 elastische Blechzungen 81 ausgestanzt, die radial federnd gegen die eingebaute Rotorwelle 16 drücken, um einen Schleifkontakt 77 auszubilden. Bevorzugt sind die radiale Spitzen 85 der Blechzungen 81 nach außen umgebogen, so dass eine gefalzte Kante 90 radial an der Rotorwelle 16 anliegt. Dadurch wird der Verschleiß der Rotorwelle 16 durch den Schleifkontakt 77 mit den Blechzungen 81 reduziert. Beispielsweise sind über den Umfang des Durchbruchs 86 genau vier Blechzungen 81, insbesondere in gleichmäßigen Abständen ausgeformt. Der Durchbruch 86 mit den Blechzungen 81 ist an einer viereckigen Grundfläche 83 des Adapterelements 82 ausgebildet, die quer zur Rotorwelle 16 verläuft. Daran schließt sich einstückig eine Umfangswand 84 des Adapterelements 82 an, die sich näherungsweise parallel zur Rotorwelle 16 erstreckt. Zur elektrischen Kontaktierung des Adapterelements 82 mit dem Masse- Kontaktbereich 80 der Leiterplatine 30, sind an der Umfangswand 84 zur Leiterplatine 30 hin axial elastische Federelemente 87 angeformt, die Unregelmäßigkeiten an der Oberfläche des Masse-Kontaktbereichs 80 - der insbesondere durch eine Zinnbeschichtung der Leiterplatine 30 gebildet ist - ausgleichen. Auch bei dieser Ausführung kann das Adapterelement 82 ohne elektrischen Kontakt zum Lager-Bauteil 58 ausgebildet sein, um die Rotorwelle 16 elektrisch mit der Masse des Statorgehäuses 22 zu kontaktieren. Zur Befestigung des Adapterelements 82 in der Aufnahme 88 im Lagerschild 56 sind an der Umfangswand 84 radial außen Rastzungen 99 angeformt, die durch die Klemmelemente 98 der Bürstenhalterplatte 55 radial gegen die Halteelemente 108 der Aufnahme 88 gepresst werden und sich mit diesen verkrallen. Das Adapterelemente 82 ist vorzugsweise einstückig als Stanz-Biegeteil ausgebildet - beispielsweise aus elektrisch leitendem Weißblech oder einem Messingblech.
In Fig. 7 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführung dargestellt, bei der der Schleifkontakt 77 unmittelbar einstückig mit dem Adapterelement 82 ausgeformt ist. Hierbei sind am Umfang des axialen Durchbruchs 86 mehrere ausgestanzte elastische Blechzungen 81 in Axialrichtung 8 umgebogen, so dass diese bevorzugt mit einer Wölbung 92 an der Rotorwelle 16 radial federnd anliegen. Die Spitzen 85 der Blechzungen 81 weisen hierbei in Axialrichtung 8 vom Adapterelement 82 weg. Beispielsweise ist dabei die axiale Ausdehnung 93 der Blechzungen 81 deutlich größer als deren tangentiale Ausdehnung 94 am Anbindungsbereich zur viereckigen Grundfläche 83 des Adapterelements 82 hin. In Fig. 7 sind mehr als zehn - insbesondere zwanzig - Blechzungen 81 über den Umfang des Durchbruchs 86 des Adapterelements 82 ausgebildet. Damit diese relativ schmalen Blechzungen 81 mit genügender Anpresskraft radial an der Ro- torwelle 16 anliegen, werden diese mittels eines elastisch federnden Ringelements 71, insbesondere einem Gummiring, bevorzugt in Form eines O-Rings, radial gegen die Rotorwelle 16 gepresst. Das federnde Ringelement 71 liegt dabei an einer radialen Außenseite 112 der radial nach innen gewölbten Blechzungen 81 an. Durch die vielen einzelnen radialen Anlageflächen der vielen Blechzungen 81 wird ein sehr zuverlässiger Schleifkontakt 77 zur Rotorwelle 16 ausgebildet, der auch einen sehr geringen Abrieb an der Rotorwelle 16 verursacht. Als Material für das einstückig gefertigte Adapterelement 82 wird insbesondere eine Kupfer-Zink- oder Kupfer-Zinn-Legierung oder ein Weißblech verwendet, die eine ausreichend gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Um den axialen Bauraum der elektrischen Maschine 10 zu reduzieren, kann in dem Lager-Bauteil 58 an dessen dem Adapterelement 82 zugewandten Seite eine ringförmige axiale Freisparung 91 ausgebildet sein (siehe Fig. 3), in die die axialen Spitzen 85 der Blechzungen 81 axial eingreifen.
Gemäß einer weiteren Ausführung in Fig. 8 ist das Adapterelement 82 vollständig aus einem elektrisch leitenden Vlies 76 oder einem Metallgeflecht 75 hergestellt. An der viereckigen Grundfläche 83 ist der Durchbruch 86 im Vlies 76, bzw. im Metallgeflecht 75 ausgebildet. Der Umfang des Durchbruchs 86 liegt in montiertem Zustand schleifend an der Rotorwelle 16 an und bildet den Schleifkontakt 77. Das Adapterelement 82 ist mit seiner Umfangwand 84 in die Aufnahme 88 des Lagerschilds 56 eingepresst. Die Aufnahme 88 ist insbesondere als umlaufende axiale Wand ausgebildet, die näherungsweise die viereckige Grundfläche 83 umschließt. Das Vlies 76 oder das Metallgeflecht 75 liegt axial elektrisch leitend an der Masse- Kontaktfläche 80 der Leiterplatine 30 an, um über diese das Statorgehäuse 22 zu kontaktieren. Das Lagerschild 56 weist einen radialen Fortsatz 100 auf, der sich in eingebautem Zustand über der Leiterplatine 30 und den daran befestigten Anschluss-Stecker 64 erstreckt. Dabei wird der radiale Fortsatz 100 axial mit dem Anschluss-Stecker 64 verbunden, insbesondere verrastet, so dass der radiale Balkon 101 der Leiterplatine 30, der sich radial über den Rand 26 des Statorgehäuses 22 hinaus erstreckt, axial zwischen dem radialen Fortsatz 100 und dem Anschluss-Stecker 64 aufgenommen ist. Im Lagerschild 56 sind zu Testzwecken zwei Löcher 102 ausgebildet, durch die hindurch an korrespondie- renden Kontaktpads 103 die elektrische Kontaktierung der Leiterplatine 30 getestet werden kann.
Fig. 9 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführung eines Adapterelements 82 gemäß einer Ansicht in Fig. 6 von unten, wobei dieses beispielsweise gemäß der ersten Variante in Fig. 2 verwendet wird. Am Umfang des Durchbruchs 86 sind axial federnde Blechlaschen 107 ausgebildet, die im verbauten Zustand axial federnd an dem Lager-Bauteil 58 anliegen. Dabei ist der Durchbruch 86 mittels dem Lager-Bauteil 58 und der Rotorwelle 16 gegen EMV abgeschirmt. Der Massekontakt wird hierbei von der Rotorwelle 16 über das Lager-Bauteil 58 und das Adapterelement 82 über die Abschirm platte 29 zum Statorgehäuse 22 geführt. An der Umfangswand 84 ist wieder das Fenster 89 für den Hallsensor 49 ausgebildet. Aus Symmetriegründen ist zur Montageerleichterung radial gegenüberliegend zum Fenster 89 eine identische Freisparung 109 ausgeschnitten. Auch an der Innenseite der Umfangswand 84 sind hier Rastzungen 99 ausgebildet, an denen die axialen Stege 97 radial anliegen und mit diesen verrasten. Dadurch wird einerseits das Adapterelement 82 über die äußeren Rastzungen 99 mit dem Lagerschild 56 verklemmt, und andererseits über die inneren Rastzungen 99 mit der Bürstenhalterplatte 55 verklemmt. Axial dazwischen liegt die Elektronikplatine 30 mit der integrierten Abschirmplatte 29, um das vormontierte Sandwich-Bauteil 70 zu bilden.
Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise die konkrete Form des Statorgehäuses 22, des Getriebegehäuses 60 und des Anschluss-Steckers 64 an die entsprechende Anwendung der elektrischen Maschine 10 angepasst werden kann. Auch kann beispielsweise die Elektronikplatine 30 je nach Anforderung unterschiedliche elektronische Komponenten 44 aufnehmen. Ebenfalls kann die Ausgestaltung der gedruckten Elektronikplatine 30 variiert werden und beispielsweise mit weniger oder mehr als vier Leiterschichten 35 ausgebildet werden, wobei mindestens eine flächig leitende Leiterschicht 36 angeordnet ist. Der zentrale Durchbruch 32 in der Leiterplatine 30 kann auch eine von einer viereckigen Form abweichenden Querschnitt aufweisen. Die Abschirm- platte 29 kann anstelle einer Elektronikplatine 30 auch als Metallblech ausgebildet sein, das an seinem radial äußeren Rand am Flansch 28 anliegt. Der Schleifkontakt 77 kann entweder direkt am Lager-Bauteil 58 oder am Adapterelement 82 ausgebildet sein, wobei letzteres durch die mechanische Verbindung der Ab- schirmplatte 29 mit dem Lagerschild 56 charakterisiert ist. Die Erfindung eignet sich in besonderer Weise für den Drehantrieb von Komponenten oder als Stellantrieb für bewegliche Teile im Kraftfahrzeug, wie beispielsweise Fensterscheiben, Schiebedächer oder Sitzkomponenten, ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt.

Claims

Ansprüche
1. Elektrische Maschine (10), insbesondere zum Verstellen beweglicher Teile im Kraftfahrzeug, mit einem Statorgehäuse (22), das einen Stator (12) und einen Rotor (14) aufnimmt, wobei der Rotor (14) eine Rotorwelle (16) aufweist, und das Statorgehäuse (22) eine axiale Öffnung (24) aufweist, durch die die Rotorwelle (16) aus dem Statorgehäuse (22) ragt, wobei quer zur Rotorwelle (16) eine elektrisch leitende Abschirmplatte (29) angeordnet ist, die im Wesentlichen die gesamte Öffnung (24) abdeckt, und an der Rotorwelle (16) ein elektrisch leitender Schleifkontakt (77) ausgebildet ist, der elektrisch leitend mit der Abschirm platte (29) verbunden ist.
2. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang der Öffnung (24) ein Flansch (28) ausgebildet ist, der radial mit der Abschirm platte (29) überlappt, und die Abschirmplatte (29) an ihrem äußeren Umfang (31) axial an dem Flansch (28) des Statorgehäuses (22) leitend anliegt, um einen Masse-Kontakt auszubilden - wobei insbesondere axial gegenüberliegend zum Statorgehäuse (22) ein Getriebegehäuse (60) mit einem Gegenflansch (61) angeordnet ist, der die Abschirm platte (29) axial mit dem Statorgehäuse (22) verspannt.
3. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifkontakt (77) durch ein elektrisch leitendes Vlies (76) oder Gewebe ausgebildet ist, das - insbesondere über den gesamten Umfang der Rotorwelle (16) - radial an der Rotorwelle (16) anliegt.
4. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifkontakt (77) durch ein elektrisch leitendes Metallgeflecht (75) - insbesondere eine Litze - ausgebildet ist, das am Umfang der Rotorwelle (16) radial an dieser anliegt.
5. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifkontakt (77) durch mindestens eine elektrisch leitende Blechzunge (81) ausgebildet ist, die radial am Umfang der Rotorwelle (16) anliegt.
6. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifkontakt (77) durch eine elektrisch leitende Drahtfeder (78) ausgebildet ist, die radial am Umfang der Rotorwelle (16) anliegt.
7. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtfeder (78) als Polygonzug (73) oder als Wellring (74) ausgebildet ist, die sich im Wesentlichen über den gesamten Umfang der Rotorwelle (16) erstrecken.
8. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass axial beabstandet zur Abschirmplatte (29) ein Lagerschild (56) aus Kunststoff angeordnet ist, mit einer zentralen Lageraufnahme (57) für ein Lager-Bauteil (58), das als Zylinder- oder Kalottenlager ausgebildet ist - und insbesondere das Lagerschild (56) im Getriebegehäuse (60) gelagert ist.
9. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass axial zwischen dem Lager-Bauteil (58) und der Abschirm platte (29) ein separat gefertigtes, elektrisch leitendendes Adapterelement (82) angeordnet, und elektrisch leitend mit der Abschirmplatte (29) verbunden ist, und das Adapterelement (82) einen zentralen Durchbruch (32) in der Abschirmplatte (29) elektromagnetisch abschirmt.
10. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifkontakt (77) unmittelbar am Lager- Bauteil (58) oder unmittelbar am Adapterelement (82) oder unmittelbar an der Abschirm platte (29) angeordnet ist.
11. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Adapterelement (82) einen quaderförmigen Hohlraum aufweist, der mit einer axial offenen Stirnseite (106) an der Abschirm platte (29) leitend anliegt - und vorzugsweise das gesamte Adapterelement (82) aus dem elektrisch leitenden Vlies (76) oder Gewebe ausgebildet ist, oder das Adapterelement (82) an seiner Innenseite mit dem elektrisch leitenden Vlies (76) oder Gewebe ausgekleidet ist.
12. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Adapterelement (82) an dem Lagerschild (56) festgeklemmt ist - und insbesondere das Adapterelement (82) elektrisch leitend mit dem Lager-Bauteil (58) verbunden ist.
13. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Bürsten (20) aufweisende Bürstenhalter-Platte (55) mit dem Lagerschild (56) verbunden ist, wobei durch den zentralen Durchbruch (32) der Abschirmplatte (29) axial hindurch Clips- oder Klemm-Elemente (98) ragen, die insbesondere das Adapterelement (82) radial gegen Halteelemente (108) des Lagerschilds (56) pressen.
14. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirm platte (29) als Bestandteil einer Elektronikplatine (PCB) (30) ausgebildet ist, die mit mindestens einem Entstörelement (44) und/oder elektrischen Kontaktelementen (50) für die Bürsten (20) bestückt ist - wobei insbesondere die Elektronikplatine (30) vier Leiterschichten (35, 36) aufweist, von denen die beiden axial inneren Leiterschichten (36) über deren gesamte Fläche aus leitendem Material ausgebildet sind, und vorzugsweise die Leiterschichten (35, 36) mittels mehrerer axialer Durchkontaktierungen (38) elektrisch miteinander verbunden sind.
15. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer dem Flansch (28) abgewandten Oberseite (42) der Abschirmplatte (29) über den Umfang des zentralen Durchbruchs (32) die Abschirmplatte (29) einen axialen Masse- Kontaktbereich (80) aufweist, an dem das Adapterelement (82) axial mit axialen Federelementen (87) elektrisch leitend anliegt.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021131944A1 (de) * 2021-12-03 2023-06-07 Brose Fahrzeugteile Se & Co. Kommanditgesellschaft, Bamberg Antriebseinheit zum motorischen Verstellen eines Verschlusselements eines Kraftfahrzeugs

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4225496A1 (de) 1992-08-01 1994-02-03 Brose Fahrzeugteile Elektrische Antriebseinheit für Verstellsysteme in Kraftfahrzeugen
EP1130745A2 (de) * 2000-03-02 2001-09-05 Calsonic Kansei Corporation Bürstenloser Motor
WO2015197574A1 (de) * 2014-06-26 2015-12-30 Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg Elektrische maschine
US20160315524A1 (en) * 2015-04-24 2016-10-27 Asmo Co., Ltd. Motor driving control device for vehicle
DE102016210314A1 (de) * 2016-06-10 2018-01-11 Robert Bosch Gmbh Abgeschirmter Elektromotor
WO2018153520A1 (en) * 2017-02-21 2018-08-30 Siemens Wind Power A/S Wind turbine comprising a grounding system for transferring lightning current and for providing emf shielding
DE102017222281A1 (de) * 2017-12-08 2019-06-13 Robert Bosch Gmbh Elektromotor
EP3542449A1 (de) * 2016-11-16 2019-09-25 Robert Bosch GmbH Elektrische maschine mit einem bürstenhalter-bauteil und einem steckermodul

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4225496A1 (de) 1992-08-01 1994-02-03 Brose Fahrzeugteile Elektrische Antriebseinheit für Verstellsysteme in Kraftfahrzeugen
EP1130745A2 (de) * 2000-03-02 2001-09-05 Calsonic Kansei Corporation Bürstenloser Motor
WO2015197574A1 (de) * 2014-06-26 2015-12-30 Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg Elektrische maschine
US20160315524A1 (en) * 2015-04-24 2016-10-27 Asmo Co., Ltd. Motor driving control device for vehicle
DE102016210314A1 (de) * 2016-06-10 2018-01-11 Robert Bosch Gmbh Abgeschirmter Elektromotor
EP3542449A1 (de) * 2016-11-16 2019-09-25 Robert Bosch GmbH Elektrische maschine mit einem bürstenhalter-bauteil und einem steckermodul
WO2018153520A1 (en) * 2017-02-21 2018-08-30 Siemens Wind Power A/S Wind turbine comprising a grounding system for transferring lightning current and for providing emf shielding
DE102017222281A1 (de) * 2017-12-08 2019-06-13 Robert Bosch Gmbh Elektromotor

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