DE10163587A1

DE10163587A1 - Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE10163587A1
Application number: DE10163587A
Authority: DE
Inventors: Martin Koechling; Ruediger Spitzner; Juergen Strueber
Original assignee: Buehler Motor GmbH
Current assignee: Buehler Motor GmbH
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2003-07-17

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor, mit einem ausgeprägte Pole aufweisenden bewickelten Stator, einem Permanentmagnetrotor und einer Ansteuerelektronik. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen elektrononisch kommutierten Gleichstrommotor darzustellen, der einen minimalen Bauraum insbesondere in axialer Richtung ausfüllt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Ansteuerelektronik zumindest teilweise im Bereich zwischen den bewickelten ausgeprägten Polen angeordnet ist. Dadurch muss kein Sicherheitsabstand zur Wicklung beachtet werden und ungenutzte Raumbereiche des Gleichstrommotors können sinnvoll genutzt werden. Die axiale Baulänge kann dadurch erheblich reduziert werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor, mit einem ausgeprägte Pole aufweisenden bewickelten Stator, einem Permanentmagnetrotor und einer Ansteuerelektronik.
Es sind bereits elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren bekannt, bei denen die Ansteuerelektronik im Motorgehäuse auf einer Leiterplatte angeordnet ist, die axial an die Wicklung anschließt. Weil die Höhe des Wickelkopfes schwanken kann, muss ein entsprechender Sicherheitsabstand eingehalten werden. Aufgrund dieser Anordnung benötigen die bekannten elektronisch kommutierten Gleichstrommotoren einen erheblichen Bauraum.
Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor darzustellen, der einen minimalen Bauraum insbesondere in axialer Richtung ausfüllt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Ansteuerelektronik zumindest teilweise im Bereich zwischen den bewickelten ausgeprägten Polen angeordnet ist. Dadurch muss kein Sicherheitsabstand zur Wicklung beachtet werden und ungenutzte Raumbereiche des Gleichstrommotors können sinnvoll genutzt werden. Die axiale Baulänge kann dadurch erheblich reduziert werden.
Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen dargestellt. Es sind bereits elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren bekannt, bei denen einzelne Bauelemente, wie ein Rotorstellungssensor oder ein Temperaturfühler funktionsbedingt in dem Bereich zwischen den Polen oder direkt in der Wicklung angeordnet sind. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Anordnung zumindest von Teilen der Ansteuerelektronik zwischen den Polen, wobei diese Teile der Ansteuerelektronik nicht funktionsbedingt dort anzuordnen sind sondern nur zur besseren Bauraumausnutzung.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, die Ansteuerelektronik auf einer Leiterplatte anzuordnen, die mit Aussparungen für die bewickelten ausgeprägten Pole versehen ist. Hierdurch kann der Stator zumindest teilweise in die Leiterplatte eintauchen wodurch axialer Bauraum eingespart wird. Diese Aussparungen sind an den Wickelkörper und/oder an die Wicklung angepasst. Hierdurch kann auch eine mechanische Befestigung des Wickelkörpers an der Leiterplatte realisiert werden.
Zur optimalen Bauraumausnutzung wird vorgeschlagen die Ansteuerelektronik im wesentlichen in drei durch die Pole unterteilte Ringscheibensegmente anzuordnen, wobei diese innen durch einen dem Permanentmagnetrotor gegenüberliegenden Bereich der Leiterplatte begrenzt sind, wobei dieser Bereich Leiterbahnen trägt, die die voneinander getrennten Ringscheibensegment-Bereiche der Ansteuerelektronik elektrisch miteinander verbinden.
Um die Bauhöhe weiter zu reduzieren und aus wirtschaftlichen Gründen ist die Leiterplatte nur auf einer Seite mit elektronischen Bauteilen bestückt. Die unbestückte Seite ist dem Motorgehäuse zugewandt.
Sollte der Gleichstrommotor auch strengen radialen Bauraumbeschränkungen unterliegen, die nur eine kleinere Leiterplattenfläche zuließen, wäre es sinnvoll zumindest die großvolumigen elektronischen Bauteile, wie Kondensatoren in dem Bereich zwischen den Polen unterzubringen.
Zweckmäßigerweise weist die Leiterplatte in ihrem Zentrum eine Durchgangsöffnung für die eine Achse und/oder einen die Achse umgreifenden Bereich des Motorgehäuses auf.
Ist dem elektronisch kommutierten Gleichstrommotor ein Getriebe zugeordnet, ist vorgesehen dieses mit im Motorgehäuse einzubauen, weil hierdurch zusätzliche Teile und Bauraum eingespart werden.
Der vorliegende elektronisch kommutierte Gleichstrommotor weist zusätzlich die vorteilhafte Eigenschaft auf mit einem Kommutatormotor kompatibel zu sein. Dies beinhaltet die Drehrichtungsumkehr bei Umpolen der Versorgungsleitungen. Dies kann nur durch zusätzlichen schaltungstechnischen Aufwand erreicht werden, weshalb die platzsparende Unterbringung der Ansteuerelektronik umso notwendiger ist. Die Kompatibilität mit einem Kommutatormotor wird durch eine Drehrichtungsdetektorschaltung auf der gemeinsamen Leiterplatte erreicht, die ausgangsseitig mit einem Mikrocontrollerbaustein elektrisch verbunden ist, an dem sie abhängig von der gewünschten Drehrichtung des Gleichstrommotors ein High- oder Low-Signal anlegt. Dabei wirkt die Drehrichtungsdetektorschaltung mit einer Gleichrichterbrückenschaltung zusammen.
Es ist vorgesehen den erfindungsgemäßen Gleichstrommotor in einem elektrisch schaltbaren Hydrolager anzuordnen, um die Dämpfungscharakteristik der Lagerung eines Verbrennungsmotors vibrationsabhängig zu ändern.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor,
Fig. 2 eine Stirnansicht des Gleichstrommotors,
Fig. 3 eine Schnittansicht durch den Gleichstrommotor,
Fig. 4 eine Innenansicht des Gleichstrommotors und
Fig. 5 eine Leiterplatte für die Ansteuerelektronik.
Fig. 1 zeigt einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor 1, mit Anschlusslitzen 5, die in ein Motorgehäuse 8 eintreten und eine Schubstange 24, die als Verstellelement aus dem Motorgehäuse 8 austritt. Fig. 2 zeigt diesen Gleichstrommotor 1 stirnseitig, wobei deutlich wird, dass lediglich zwei Anschlusslitzen 5 vorgesehen sind.
Die Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht des Gleichstrommotors 1, mit dem Motorgehäuse 8, einer im Motorgehäuse fixierten Achse 16 zur Aufnahme eines Permanentmagnetrotors 3, der ein Ritzel 18 aufweist, das mit Planetenrädern 19 eines Planetengetriebes 21 in Eingriff ist, einem Hohlrad 28, in dem die Planetenräder 19 abrollen, einem die Planetenräder lagernden Planetenträger 22, der mit einer Spindel 23 einstückig ist, welche die verdrehgesicherte Schubstange antreibt, einen Stator 2 mit aus paketierten Blechen bestehenden Polen 11, die mit einem Wickelkörper 14 und einer Wicklung 15 versehen sind und einer Leiterplatte 7, die eine Ansteuerelektronik 4 für die Kommutierung und eine Drehrichtungs- Erkennungsschaltung trägt. Die einerseits im Motorgehäuse 8 fixierte Achse 16 ist andererseits radial im Planetenträger 22 des Planetengetriebes 21 und der Planetenträger 22 im Motorgehäuse 8 abgestützt.
Fig. 4 zeigt eine Innenansicht des Gleichstrommotors 1, mit drei ausgeprägten Polen 11, die jeweils mit den Wickelkörpern 14 und den Wicklungen 15 versehen sind. Jeder Pol 11 ist von mehreren Rückschlussteilen 12 getrennt montierbar. Die Rückschlussteile 12 sind in Form von drei Ringsegmenten ausgebildet. Die Leiterplatte 7 trägt elektrische Bauteile 25 der Ansteuerelektronik, die hier nur angedeutet sind. Die drei ausgeprägten Pole 11 des Stators 2 sind radial um den Permanentmagnetrotor 3 angeordnet, wobei dieser vier Pole aufweist.
In Fig. 5 ist verdeutlicht, in welchen Bereichen elektronische Bauteile angeordnet sein können, um eine möglichst bauraumsparende Anordnung der Leiterplatte 7 im Motorgehäuse zu erreichen. Hierzu sind Ringscheibensegment-Bereiche 27 vorgesehen, die zwischen Ausnehmungen 13 für die Baugruppe Pole + Wickelkörper + Wicklung und einem dem Permanentmagnetrotor gegenüberliegenden Bereich 26 liegen und zur Aufnahme des wesentlichen Teils der Ansteuerelektronik 4 dienen. Im dem Permanentmagnetrotor gegenüberliegenden zentralen Bereich 26 der Leiterplatte 7 sind bei geringstmöglicher axialer Baulänge des Gleichstrommotors keine elektronischen Bauteile vorgesehen, sondern nur elektrische Verbindungen zwischen den elektronischen Bauteilen 25 der Ringscheibensegment-Bereiche 27. Bezugszeichenliste 1 Gleichstrommotor
2 Stator
3 Permanentmagnetrotor
4 Ansteuerelektronik
5 Anschlusslitzen
6 Drehrichtungsdetektorschaltung
7 Leiterplatte
8 Motorgehäuse
9 Mikrocontrollerbaustein
10 Gleichrichterbrückenschaltung
11 Pol
12 Rückschlussteil
13 Ausnehmung
14 Wickelkörper
15 Wicklung
16 Achse
17 Durchgangsöffnung in Leiterplatte
18 Ritzel
19 Planetenräder
20 Untersetzungsgetriebe
21 Planetengetriebe
22 Planetenträger
23 Spindel
24 Schubstange
25 elektronische Bauteile
26 Bereich (gegenüber Rotor)
27 Ringscheibensegment-Bereiche
28 Hohlrad

Claims

1. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor (1), mit einem ausgeprägte Pole (11) aufweisenden bewickelten Stator (2), einem Permanentmagnetrotor (3) und einer Ansteuerelektronik (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerelektronik (4) zumindest teilweise im Bereich zwischen den bewickelten ausgeprägten Polen (11) angeordnet ist.

2. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Rotorstellungssensor mit der Ansteuerelektronik (4) zusammenwirkt, wobei dieser im Bereich zwischen den bewickelten ausgeprägten Polen (11) angeordnet sein kann und weitere Teile der Ansteuerelektronik (4) zwischen den bewickelten ausgeprägten Polen (11) angeordnet sind.

3. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Temperaturfühler mit der Ansteuerelektronik zusammenwirkt, wobei dieser im Bereich zwischen den bewickelten ausgeprägten Polen (11) angeordnet sein kann und weitere Teile der Ansteuerelektronik (4) zwischen den bewickelten ausgeprägten Polen (11) angeordnet sind.

4. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgeprägten Pole (11) mit zumindest einem Rückschlussteil (12) mechanisch verbunden sind.

5. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass drei ausgeprägte Pole (11) und ein oder drei Rückschlussteil(e) (12) miteinander insbesondere magnetisch leitend verbunden sind.

6. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerelektronik (4) auf einer Leiterplatte (7) angeordnet ist, die mit Aussparungen (13) für die bewickelten ausgeprägten Pole (11) versehen ist.

7. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerelektronik (4) im wesentlichen in drei durch die Pole (11) unterteilten Ringscheibensegmenten angeordnet ist, wobei diese innen durch einen dem Permanentmagnetrotor (3) gegenüberliegenden Bereich (26) der Leiterplatte (7) begrenzt sind, wobei dieser Bereich (26) Leiterbahnen trägt, die die voneinander getrennten Ringscheibensegment-Bereiche (27) der Ansteuerelektronik (4) elektrisch miteinander verbinden.

8. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (7) einseitig mit elektronischen Bauteilen (25) bestückt ist und die unbestückte Seite der Leiterplatte (7) zum Motorgehäuse (8) hin gerichtet ist.

9. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (13) an Wickelkörper (14) der ausgeprägten Pole (11) und/oder die Wicklung (15) angepasst sind.

10. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgeprägten Pole (11) und/oder der oder die Rückschlussteil(e) aus einem Blechpaket bestehen oder Sinterteile sind.

11. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgeprägten Pole (11) so geformt sind, dass die bewickelten Wickelkörper (14) auf diese aufschiebbar sind.

12. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass drei ausgeprägte Pole (11) des Stators (2) vorgesehen sind, die radial um den Permanentmagnetrotor (3) angeordnet sind, wobei dieser vier Pole aufweist.

13. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnetrotor (3) auf einer feststehenden Achse (16) drehbeweglich gelagert ist, wobei die Achse (16) Motorgehäuse (8) fixiert ist.

14. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (7) in ihrem Zentrum eine Durchgangsöffnung (17) für die Achse (16) und/oder einen die Achse (16) umgreifenden Bereich des Motorgehäuses (8) aufweist.

15. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Motorgehäuse (8) ein Untersetzungsgetriebe (20) untergebracht ist.

16. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnetrotor (3) ein Ritzel (18) aufweist, das mit Planetenrädern (19) eines Planetengetriebes (21) zusammenwirkt, wobei die Planetenräder (19) des Planetengetriebes (21) auf einem Planetenträger (22) gelagert sind, der mit einer Spindel (23) versehen ist, die eine drehfeste axial bewegliche Schubstange (24) antreibt.

17. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerelektronik (4) und damit der Gleichstrommotor (1) eingangsseitig nur zwei Anschlusslitzen (5) aufweist und durch Umpolen eine Drehrichtungsänderung des Gleichstrommotors (1) bewirkt werden kann, wodurch er sich wie ein Kommutatormotor verhält.

18. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerelektronik (4) zusammen mit einer Drehrichtungsdetektorschaltung (6) auf der gemeinsamen Leiterplatte (7) angeordnet ist.

19. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtungsdetektorschaltung (6) eingangsseitig mit den Anschlusslitzen (5) und ausgangsseitig mit einer Elektronik, insbesondere einem Mikrocontrollerbaustein (9), einem speziellen Motorcontroller oder einer zumindest eine Ansteuerungslogik realisierende Baugruppe elektrisch verbunden ist, an dem/der sie abhängig von der Drehrichtung ein High- oder Low-Signal anlegt.

20. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtungsdetektorschaltung (6) mit einer Gleichrichterbrückenschaltung (10) zusammenwirkt.

21. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrommotor (1) für ein elektrisch schaltbares Hydrolager verwendet wird.

22. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Hydrolager die Dämpfungscharakteristik einer Lagerung eines Verbrennungsmotors änderbar ist.