DE19832561A1 - Einheit zum Steuern von Elektromotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Elektromotoren, speziell Motoren, die für die Steuerung von Servosystemen in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.

Da die Kraftfahrzeuge heutzutage immer komplexer werden, werden in zunehmendem Maß verschiedene Motoren und andere elektromechani­ sche Bauteile eingesetzt. Der Einsatz von Steuer- oder Servomotoren erfolgt zum Beispiel für elektrische Fensterheber, Klimaregelungen, automatische Sitzverstellungen, ganz zu schweigen von einer Reihe direkter Fahrzeugfunktionen wie zum Beispiel Servolenkungen und dergleichen.

Diese Motoren und die dazugehörigen Systeme erfordern eine Steuer­ einrichtung.

Bisher war es übliche Praxis in der Industrie, eine zentrale Steuereinheit vorzusehen, die die "Intelligenz" zur Steuerung dieser Systeme darstell­ te. Diese Motor-Management-Einrichtungen sind mit im wesentlichen "stummen" Bauelementen über Drähte und Steckverbinder verbunden. Mit der zunehmenden Anzahl von Bauelementen und mit steigender Komplexität der Fahrzeuge steigen die Anzahl von Verbindungen und damit die entsprechenden Kosten dramatisch an.

Um diesem Problem zu begegnen, untersucht die Automobilindustrie den Einsatz von Multiplex-Signalübertragungssystemen für die Steuerung der elektronischen Funktionen eines Kraftfahrzeugs. Solche Systeme würden üblicherweise ein Bussystem mit einer Verdrahtung verwenden, welche Signalübertragungsleitungen sowie Stromversorgungs-/Masseleitungen enthält. Ein zentrales intelligentes Bauteil würde möglicherweise Ein­ gangssignale von Sensoren, dem Benutzer und möglicherweise von externen Quellen empfangen, diese Daten analysieren und anschließend Befehle über die Busleitung ausgeben, um die benötigte Aktivität zu veranlassen. Um eine solche Anlage praxistauglich zu machen und für große Akzeptanz zu sorgen, wäre es nützlich, eine billige lokale Ver­ waltung der elektronischen Geräte zur Verfügung zu haben. Diese lokale Verwaltung würde typischerweise eine gewisse Form der Datenverarbei­ tung beinhalten, so daß die Befehle von der Haupteinheit verarbeitet, überwacht und übermittelt werden, außerdem gäbe es lokale Energiever­ waltungs-Bauelemente, so daß jegliche Befehle/Einstellungen ausgeführt werden können.

Ein bereits existierendes Konzept, um diese Zielvorstellungen auf zu­ verlässige Weise in einem Kraftfahrzeug zu erreichen, sieht vor, diese elektronischen Bauelement-Steuereinrichtungen auf bekannten gestanzten und geformten Schaltungsgittern anzuordnen. Die gestanzten und ge­ formten Schaltungsgitter haben gegenüber Platinen oder Karten mit gedruckten Schaltungen den Vorteil, daß die Schaltungs-Verbindungs­ leitungen des Gitters den Betriebsstrom bzw. die Betriebsleistung trans­ portieren können, die für den Betrieb der oben angesprochenen elek­ tronischen Geräte benötigt wird. Die Technologie der Fertigung der­ artiger Einheiten ist in den US-Patenten 4 142 287; 4 600 971 und 4 675 989 beschrieben, deren Inhalt hier durch Bezugnahme als vollstän­ dig inkorporiert angesehen wird. Angesichts des oben angesprochenen Standes der Technik ist es, um die oben erläuterte Technologie für die Kraftfahrzeughersteller interessant zu machen, notwendig, ein vollstän­ diges und billig herzustellendes kompaktes Bauteil zu schaffen, welches in ein System der oben beschriebenen Art eingesteckt werden kann.

Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem dadurch, daß sie für einen Elektromotor eine gestanzte und geformte Schaltungseinheit schafft mit Schaltungs-Verbindungsleitungen, die elektronische Bauelemente, beispielsweise integrierte Schaltungen und Leistungstransistoren, unter­ einander verbinden, wobei die gestanzte und geformte Schaltungseinheit integral, das heißt einstückig angeformte Kontakte passend zu Leitern eines Steuersystems, und außerdem einen weiteren Satz von Kontakten für den Anschluß an Bürsten innerhalb des Motors aufweist. In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der weitere Satz von Kontakten in ein Gehäuse eingeformt ist, welches die Bürsten der Motoren trägt, mit denen die Kontakte zu verbinden sind. In einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der weitere Satz von Kontakten als Vorsprünge oder Nasen ausgebildet sind, die als Folge des Anordnens der Einheit an dem Gehäuse mit den Vorsprüngen verbunden werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise auseinandergezogene Ansicht einer erfindungs­ gemäßen Motoreinheit von oben;

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein gestanztes Gitter, welches in der in Fig. 1 gezeigten Motoreinheit verwendet werden kann;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des gestanzten Gitters aus Fig. 2 von unten, mit einem dazugehörigen Gehäuseteil;

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende perspektivische Ansicht von oben, wobei an den Schaltungs-Verbindungsleitungen des Gitters Bauelemente befestigt sind und in das Gehäuse ein Kontaktarm oder Bürstenarm eingearbeitet ist;

Fig. 5 eine Bodenansicht entsprechend der Fig. 4;

Fig. 6 eine perspektivische Frontansicht der Anordnung nach den Fig. 4 und 5, eingebaut in die in Fig. 1 gezeigte Motoreinheit;

Fig. 7 eine perspektivische Rückansicht entsprechend der Fig. 6; und

Fig. 8 eine alternative Ausführungsform der Erfindung, wobei eine Schaltungseinheit dargestellt ist, welche in eine Motoreinheit einsteckbar ist, um die in Fig. 1 gezeigte Einheit zu bilden.

Zunächst auf Fig. 1 Bezug nehmend, ist dort allgemein mit 2 eine erfin­ dungsgemäße Motoreinheit bezeichnet. Diese beispielhafte Motoreinheit 2 ist ein konventioneller Gleichstrom-Schrittmotor, wobei allerdings die Erfindung grundsätzlich bei jeder Motoreinheit Anwendung findet. Die Motoreinheit 2 enthält einen Hauptkörper 4 mit einem hinteren Deckel 6 und einer vorderen Abdeckplatte 8. Eine Antriebswelle 10 ragt aus der vorderen Abdeckplatte 8 nach außen und in den Hauptkörper 4 hinein und trägt typischerweise dort die Motorwicklung. Die innere Ausgestal­ tung und der allgemeine Aufbau eines Motors dieser Art ist dem Fach­ mann bekannt und soll deshalb nur insoweit beschrieben werden, als es dem Verständnis der Erfindung zuträglich ist.

Der Hauptkörper 4 enthält einander gegenüberstehende Seitenwände 12 und 14, die Erweiterungsabschnitte 16 und 18 aufweisen, die zusammen mit den Stirnwänden 20 einen Aufnahmehohlraum 22 für eine gestanzte Schaltung definieren. Derjenige Teil des Hauptkörpers 4, der den Auf­ nahmehohlraum 22 beinhaltet, kann auch eine separate Komponente sein. Ein Erfordernis ist die Fähigkeit des Teils, als Wärmesenke zu fungieren, damit Wärme abgeführt werden kann.

In dem Aufnahmehohlraum angeordnet ist eine gestanzte und geformte Schaltungsgitteranordnung 24 mit verschiedenen Schaltungs-Verbin­ dungsleitungen 26, die von dem Hauptkörper 4 durch Isolierband 28 elektrisch isoliert ist. Das Isolierband 28 trägt außerdem die Schaltungs- Verbindungsleitungen 26, um die Integrität der Anordnung 24 zu schützen. Möglicherweise kann auch eine Überform (overmold) ver­ wendet werden, wie sie in den vorgenannten Patentschriften offenbart ist. An den Verbindungsleitungen 26 befinden sich verschiedene elek­ tronische Komponenten 30, um eine Schaltung zu bilden. Während im vorliegenden Beispiel die elektrischen Komponenten 30 in Gehäuse eingefaßt sind, kann es auch wünschenswert sein, integrierte Roh-Bau­ elemente direkt mit den Schaltungs-Verbindungsleitungen 26 unter Ein­ satz eines Drahtbond-Verfahrens anzubringen. Die elektronischen Kom­ ponenten können Leistungssteuer-Bauelemente sein, beispielsweise Lei­ stungstransistoren, oder logische Steuer-Bauelemente, beispielsweise in Form einer CPU. Die Anordnung 24 enthält außerdem erste Kontakte 32, die sich zur Steckverbindung mit einem (nicht gezeigten) passenden Steckverbinder nach außen erstrecken, wobei durch den Steckvorgang der Motor 2 in das elektrische System inkorporiert wird. Ein zweiter Satz von Kontakten 34 erstreckt sich in den Hauptkörper 4 zwecks Anschluß an dem Motor, wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird.

Auf den Hohlraum 22 paßt ein Deckel 36, der die gestanzte Schaltungs­ anordnung 24 umschließt. Der Deckel 36 sollte ebenfalls gute Wärme­ übertragungseigenschaften besitzen. In dem Deckel ist eine Zugriffs­ öffnung 38 ausgespart, von der die ersten Kontakte 32 aufgenommen werden, um eine Möglichkeit für den Anschluß eines passenden Steck­ verbinders mit den Kontakten 32 zu erhalten.

In Fig. 2 sind die Schaltungs-Verbindungsleitungen 36 auf dem Isolier­ band 28 dargestellt. Die zweiten Kontakte 34 für den elektrischen An­ schluß an der Motoreinheit beinhalten Verlängerungen 40, die weiter unten noch erläutert werden. Die verschiedenen Verbindungsleitungen 26 werden aus einem einzelnen Flachmaterial aus leitendem Werkstoff gestanzt, wobei der Werkstoff gegebenenfalls mit einer leitenden Be­ schichtung versehen ist. Zwecks einfacher Handhabung würde ein erster Stanzvorgang zunächst zu einer Anordnung führen, in der sämtliche Verbindungsleitungen 26 noch untereinander verbunden sind, so daß ein einstückiges Gitter- oder Rahmenteil vorhanden ist. Die Verbindungs­ leitungen 26 können dann durch Verbindungsstege separiert werden, wie bei 42 angedeutet ist.

Gemäß Fig. 3 ist auf die Verlängerungen 40 der zweiten Kontakte 34 der Schaltungs-Verbindungsleitungen 26 ein Bürstengehäuse 44 ange­ formt. Das Bürstengehäuse 44 enthält eine Mittelöffnung 46 für die Antriebswelle 10 und mehrere Durchgänge 47 für elektrische Verbindungen.

Gemäß den Fig. 4 und 5 sind integrierte Schaltungs-Bauelemente 30 durch Flächen-Lötverfahren an den Verbindungsleitungen 26 befestigt. Die ersten Kontakte 32 sind rechtwinklig zu der Ebene der Verbindungs­ leitungen 26 gebogen. Darüber hinaus sind Bürsten 48 in dem Gehäuse 44 derart angebracht, daß sie sich in die Mittelöffnung 46 hineiner­ strecken. Die Bürsten sind durch Federglieder 50 vorgespannt und an Spulen 52 angeschlossen. Die Spulen sind entweder direkt mit den Ver­ längerungen 40 der zweiten Kontakte 34 über die Durchgänge 47 ver­ bunden, oder mit Hilfe von Verbindungsdrähten 54.

Nunmehr auf Fig. 6 und 7 Bezug nehmend, sind die zweiten Kontakte um 90° derart abgebogen, daß die Einheit fertig ist für die Installation an dem Grundmotor, beispielsweise durch den Motorhersteller. Nachdem die gestanzte Schaltungsgitteranordnung in dem Hohlraum 22 untergebracht ist, kann es empfehlenswert sein, den Hohlraum mit einer Verguß-Verbindung oder einem Gel auszufüllen, um die Komponenten vor einer Verunreinigung durch die Umgebung zu schützen.

Fig. 8 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung bei 124. Bei dieser Ausführungsform ist ein ähnliches gestanztes Schaltungsgitter vorgesehen, wie es oben beschrieben wurde, und es befinden sich auf einem Isolierband 128 ähnliche Schaltungs-Verbindungsleitungen 126, an denen elektronische Bauteile 130 befestigt sind. Diese Anordnung 124 enthält ebenfalls erste und zweite Kontakte 132 und 134. Allerdings enthalten bei dieser Ausführungsform die zweiten Kontakte 134 Ver­ längerungen 140, die als Vorsprünge oder Laschen ausgebildet sind, die in Einführrichtung der Anordnung 124 in den Hohlraum 22 des Haupt­ gehäuses 4 orientiert sind, so daß beim Einsetzen die elektrische Ver­ bindung mit den dort befindlichen Bürsten 48 zustande kommt. Hierzu könnten an dem Bürstenarm Aufnahmekontakte vorhanden sein.

Claims (4)

1. Schaltungseinheit (24, 124) für einen Elektromotor, mit Schaltungs- Verbindungsleitungen (26, 126), die elektrische Bauelemente unter­ einander verbinden, welche direkt auf den Verbindungsleitungen gelagert sind, wobei die Schaltungseinheit (24, 124) einstückig angeformte Kontakte (32, 132) passend zu Leitern eines Steuer­ systems und einen weiteren Satz von Kontakten (34, 134) für die Verbindung mit dem Motor (2) enthält.

2. Schaltungseinheit nach Anspruch 1, bei der die Schaltungs-Verbin­ dungsleitungen (26, 126) Teil eines gestanzten und geformten Gitters sind.

3. Schaltungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, bei der ein Gehäuse (44) an den zweiten Satz von Kontakten (34) angeformt ist und der Bürstenarm oder die Bürstenarme für den Motor sich in dem Gehäuse (44) befindet.

4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltungseinheit in einem Hohlraum (22) eines Motorgehäuses (4) des Motors (2) aufnehmbar ist und die weiteren Kontakte (134) derart geformt sind, daß beim Einsetzen in den Hohlraum (22) der Einheit eine elektrische Steckverbindung mit den Bürsten bzw. Bürstenarmen zustande kommt.