DE10114667A1 - Axial flux brushless permanent magnet motor has motor windings and associated electronic stage applied to same flexible insulating foil - Google Patents

Axial flux brushless permanent magnet motor has motor windings and associated electronic stage applied to same flexible insulating foil

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Abstract

The motor has several motor windings (2) electrically coupled to an electronic stage (6) . Each motor winding is applied to a first region (3) of a flexible insulating foil (4), the electronic stage or components (5) of the electronic stage applied to a second region (7) of the same foil, with conductor paths (8) connecting the motor windings to the electronic stage. An Independent claim for a foil for a brushless permanent magnet motor is also included.

Description

Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen Permanentmagnet-Motor in Axialfluß- Bauweise, mit mehreren Motorwicklungen, die mit einer Motorelektronik elektrisch verbunden sind, wobei die Motorwicklungen auf einen ersten Bereich einer vollständig oder teilweise flexiblen und elektrisch isolierenden Folie aufgebracht sind.The invention relates to a brushless permanent magnet motor in axial flow Construction, with several motor windings, with motor electronics are electrically connected, the motor windings on a first area a completely or partially flexible and electrically insulating film are upset.

Derartige Elektromotoren sind allgemein bekannt. Zur Steuerung derartiger bürstenloser Permanentmagnet-Motoren wird eine Motorelektronik benötigt. Die Komponenten dieser Elektronik werden üblicherweise auf eine oder mehrere Leiterplatten montiert. Diese Leiterplatten bestehen aus einem starren Trägermaterial und einer dünnen Kupferkaschierung zur elektrischen Verbindung der Elektronik-Komponenten.Such electric motors are generally known. To control such Brushless permanent magnet motors require motor electronics. The Components of this electronics are usually placed on one or more PCB mounted. These circuit boards consist of a rigid Carrier material and a thin copper lamination for electrical Connection of the electronic components.

Die Wicklungen des Motors bestehen im allgemeinen aus Kupferdraht, die in mehreren Windungen und flach in einer bestimmten Form, meist einem Kreissegment, gewickelt werden. Mehrere Segmente dieser Motorwicklungen bzw. Spulen werden zu Gruppen von drei oder mehr Spulen auf einem Trägermaterial zu einer Einheit zusammengefügt; die damit die Wicklung des Motors bildet. Diese Spulen besitzen jeweils zwei Drahtenden, die verschaltet und mit der Elektronik verbunden werden müssen.The windings of the motor are generally made of copper wire, which in several turns and flat in a certain shape, usually one Circle segment to be wrapped. Several segments of these motor windings or coils become groups of three or more coils on one Carrier material combined into one unit; the winding of the  Motors forms. These coils each have two wire ends that are connected and must be connected to the electronics.

Für zahlreiche Anwendungen werden zunehmend kleinere und kleinsbauende Motoren benötigt. Im Rahmen dieser Mikrosystemtechnik wird verstärkt der Aufbau von Spulen in Ätztechnik bzw. Dünnschichttechnik vorgenommen, die Strukturdichten erlaubt, die mit der herkömmlichen Draht/Wickeltechnik nicht erreicht werden können. Diese Spulen bzw. Motorwicklungen werden dabei auf elektrisch isolierende Folien montiert, die an sich aus der Leiterkartentechnik bekannt sind. Diese Folien bestehen aus elektrisch isolierenden und möglichst temperaturfesten Materialien.Smaller and smaller buildings are becoming increasingly popular for numerous applications Engines needed. Within the framework of this microsystem technology, the Structure of coils made in etching technology or thin-film technology, the Structural densities are not permitted with conventional wire / winding technology can be achieved. These coils or motor windings are opened electrically insulating foils mounted, which in themselves from the printed circuit board technology are known. These foils consist of electrically insulating and if possible temperature-resistant materials.

Sowohl zur Verbindung der Spulen mit der Elektronik als auch zur Verschaltung der Spulen untereinander muß ein elektro-mechanisches System genutzt werden, das mindestens drei elektrische Verbindungen umfaßt. Im allgemeinen werden diese Drähte über Schneidklemmtechnik, Verschweißungen, Lötverbindungen oder andere Techniken verbunden.Both for connecting the coils to the electronics and for interconnection the coils with each other must use an electro-mechanical system that includes at least three electrical connections. In general these wires are connected via insulation displacement technology, welding, Solder connections or other techniques connected.

Alle bekannten Verbindungsarten sind mit einem relativ großen Volumen bzw. Bauraumbedarf verbunden, wodurch eine kompakte Bauform der Motoren verhindert wird, was insbesondere im Rahmen der fortschreitenden Miniaturisierung von elektromechanischen Komponenten und Motoren von erheblichem Nachteil ist. Auch sind mit den bekannten Verbindungsarten erhebliche Kosten verbunden. Außerdem leidet unter diesen Verfahren zur Verbindung der Wicklung mit der Elektronik die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des gesamten Motorsystems.All known connection types have a relatively large volume or Installation space required, resulting in a compact design of the motors is prevented, especially as part of the progressive Miniaturization of electromechanical components and motors from is a significant disadvantage. Also with the known types of connection considerable costs. It also suffers from these procedures Connection of the winding with the electronics the reliability and Lifetime of the entire engine system.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen konstruktiv einfachen und leicht handhabbaren Motor der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei hoher Zuverlässigkeit und Lebensdauer preiswert herzustellen ist und der sehr geringe Außenabmessungen und ein besonders geringes Gewicht aufweist. The object of the present invention is therefore a structurally simple and easy to handle engine of the type mentioned, the is inexpensive to manufacture with high reliability and durability and very small external dimensions and a particularly low weight having.  

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Motor nach Anspruch 1 gelöst. Wesentlich ist dabei, daß die Motorelektronik bzw. die Komponenten der Motorelektronik einseitig oder beidseitig auf einen zweiten Bereich der selben Folie aufgebracht sind, und daß in einem Verbindungsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich in oder auf der Folie mehrere Leiterbahnen angeordnet sind, die die Motorwicklungen mit der Motorelektronik verbinden.This object is achieved by a motor according to claim 1 solved. It is essential that the engine electronics or the components of the Motor electronics on one or both sides on a second area of the same Foil are applied, and that in a connection area between the first and the second area in or on the film a plurality of conductor tracks are arranged, which connect the motor windings to the motor electronics.

Der Hauptvorteil liegt dabei darin, daß keine großbauenden Verbindungs­ elemente benötigt werden, so daß der Motor bei geringem Gewicht und geringen Abmessungen problemlos auch im Rahmen der fortschreitenden Miniaturisierung eingesetzt werden kann. Gleichzeitig wirkt sich die Verbindung durch Leiterbahnen in ein und derselben Folie günstig auf die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer des Motors aus.The main advantage is that there are no large connections elements are needed so that the motor is lightweight and small dimensions without problems even as part of the progressive Miniaturization can be used. At the same time, the connection works due to conductor tracks in one and the same film favorable for reliability and the life of the engine.

Der erfindungsgemäße Motor ist bei einfacher Konstruktion kostengünstig herzustellen und leicht zu montieren und handzuhaben.The motor according to the invention is inexpensive with a simple construction to manufacture and easy to assemble and handle.

Eine besonders kleinbauende Ausführungsform kann dadurch erreicht werden, daß die Leiterbahnen in oder auf der Ebene der Folie unmittelbar mit den Motorwicklungen bzw. mit der Motorelektronik verbunden sind.A particularly small-sized embodiment can be achieved that the conductor tracks in or on the level of the film directly with the Motor windings or connected to the motor electronics.

Vorzugsweise wird vorgeschlagen, daß die Leiterbahnen parallel zueinander in dem Verbindungsbereich der Folie angeordnet sind.It is preferably proposed that the conductor tracks be parallel to one another the connection area of the film are arranged.

Günstig ist es ferner, wenn der Verbindungsbereich eine geringere Breite aufweist als der erste und/oder zweite Bereich der Folie. Auf diese Weise kann weiterer Bauraum eingespart werden.It is also advantageous if the connection area has a smaller width has as the first and / or second region of the film. That way further space can be saved.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Leiterbahnen flexibel sind. Dabei ist vorteilhafterweise auch die Folie zumindest im Verbindungsbereich flexibel, insbesondere biegbar. It is particularly advantageous if the conductor tracks are flexible. It is advantageously the film is flexible at least in the connection area, especially bendable.  

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Folie im Bereich der Leiterbahnen um einen Winkel von 180° U-förmig gebogen, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich der Folie ein Rückschlußelement, insbesondere eine Rückschlußplatte, zum Rückschluß des magnetischen Kreises des Motors angeordnet ist.According to a particularly preferred embodiment, the film is in the area the conductor tracks bent by an angle of 180 ° U-shaped, with between the first and second regions of the film have a yoke element, in particular a backing plate for the backing of the magnetic Circle of the motor is arranged.

Auf besonders einfache Weise kann die Folie dabei stoffschlüssig an dem Rückschlußelement befestigt werden. Es kann aber auch von Vorteil sein, die Folie form- und/oder kraftschlüssig an dem Rückschlußelement zu befestigen.In a particularly simple manner, the film can be integrally attached to the Inference element are attached. But it can also be beneficial that To attach the film positively and / or non-positively to the yoke element.

Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn die Folie aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus Polymid besteht. Die Folie kann dadurch besonders temperaturfest ausgeführt werden.It is also particularly advantageous if the film is made of a plastic, preferably consists of polymide. This makes the film special temperature-resistant.

Gegenstand der Erfindung ist auch die Folie für einen Motor der vorangehend beschriebenen Art. Sie weist erfindungsgemäß in einem Verbindungsbereich mehrere Leiterbahnen auf, durch die die Wicklungen eines Motors mit der Elektronik des Motors elektrisch verbunden werden können.The invention also relates to the film for an engine of the preceding described type. According to the invention, it points in a connection area several conductor tracks through which the windings of a motor with the Electronics of the motor can be electrically connected.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.Further advantages and features of the invention result from the following description and those shown in the drawings Embodiments.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Draufsicht einer erfindungsgemäßen Folie, und Fig. 1 top view of a film according to the invention, and

Fig. 2 Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Motors Fig. 2 side view of an engine according to the invention

Der in Fig. 2 dargestellte bürstenlose Permanentmagnet-Motor 1 weist drei Spulen 2 als Motorwicklungen auf, die auf einen ersten Bereich 3 einer flexiblen Folie 4 aufgebracht sind. Erfindungsgemäß wird dieselbe Folie 4 auch zur Auf­ nahme der einzelnen Elektronikkomponenten 5 der Motorelektronik 6 genutzt, die zur Steuerung des Motors 1 dient. Die Elektronikkomponenten 5, die insbe­ sondere passive Bauelemente und Halbleiter umfassen können, sind dabei auf beiden Seiten der Folie 3 in einem zweiten Bereich 7 der Folie 3 aufgebracht.The brushless permanent magnet motor 1 shown in FIG. 2 has three coils 2 as motor windings, which are applied to a first region 3 of a flexible film 4 . According to the invention, the same film 4 is also used to measure the individual electronic components 5 of the motor electronics 6 , which is used to control the motor 1 . The electronic components 5 , which in particular can include passive components and semiconductors, are applied on both sides of the film 3 in a second region 7 of the film 3 .

Die Verbindung der Motorelektronik 6 mit den Spulen bzw. Motorwicklungen 2 erfolgt mittels Leiterbahnen 8, die ebenfalls auf dieser Folie 4 aufgebracht sind. Die Leiterbahnen 8 sind dabei parallel zueinander in einem Verbindungsbereich 9 angeordnet, der deutlich schmaler ist, als der Durchmesser des ersten und des zweiten Bereichs 3 und 7 der Folie 4.The motor electronics 6 are connected to the coils or motor windings 2 by means of conductor tracks 8 , which are likewise applied to this film 4 . The conductor tracks 8 are arranged parallel to one another in a connection region 9 which is significantly narrower than the diameter of the first and second regions 3 and 7 of the film 4 .

Durch die Nutzung der flexiblen Folie 4 können die beiden durch die Wicklungen 2 bzw. durch die Steuerelektronik 6 gebildeten Funktionseinheiten U-förmig um eine magnetische Rückschlußplatte 10 gebogen werden. Die Rückschlußplatte 10 kann dabei neben dem Rückschluß des magnetischen Kreises des Motors 1 noch weitere Funktionen übernehmen: Es wird eine feste mechanische Verbindung zwischen dem Spulenkörper 2 und der Steuerelektronik 6 geschaffen, wobei die Rückschlußplatte 10 Kräfte und Drehmomente aufnehmen kann, die insbesondere durch Bewegungen des Rotors 11 des Motors 1 hervorgerufen werden können. Über die Rückschlußplatte 10 kann die an den Wicklungen 2 und/oder an den Elektronikkomponenten 5 entstehende Verlustwärme abtransportiert werden.By using the flexible film 4 , the two functional units formed by the windings 2 or by the control electronics 6 can be bent in a U-shape around a magnetic yoke plate 10 . The yoke plate 10 can take on other functions besides the yoke of the magnetic circuit of the motor 1 : A firm mechanical connection is created between the bobbin 2 and the control electronics 6 , the yoke plate 10 being able to absorb forces and torques, in particular caused by movements of the Rotor 11 of the motor 1 can be caused. The heat loss generated on the windings 2 and / or on the electronic components 5 can be removed via the return plate 10 .

Diese Bauweise ermöglicht einen sehr einfachen Aufbau des Motors 1. Dieser Aufbau bietet insbesondere den Vorteil, daß die Steckverbindungen, die bei den bekannten Ausführungsformen nötig sind, um beispielsweise die Wicklungen 2 mit der Steuerelektronik 6 zu verbinden, vollständig entfallen können. Die Art der Verbindung über eine Folie 4 ist fertigungstechnisch einfach und so mit kostengünstiger zu realisieren, als die bekannten Steckverbindungen. This design enables the motor 1 to be constructed very simply. This structure offers the particular advantage that the plug connections which are required in the known embodiments, for example to connect the windings 2 to the control electronics 6 , can be dispensed with completely. The type of connection via a film 4 is simple in terms of production technology and can therefore be implemented more cost-effectively than the known plug connections.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Motor
engine

22

Motorwicklungen
motor windings

33

erster Bereich der Folie
first area of the slide

44

Folie
foil

55

Elektronikkomponenten
electronic components

66

Motorelektronik
engine electronics

77

zweiter Bereich der Folie
second area of the slide

88th

Leiterbahn
conductor path

99

Verbindungsbereich
connecting area

1010

Rückschlußplatte
Return plate

1111

Rotor
rotor

Claims (11)

1. Bürstenloser Permanentmagnet-Motor in Axialfluß-Bauweise, mit mehreren Motorwicklungen, die mit einer Motorelektronik elektrisch verbunden sind, wobei die Motorwicklungen auf einen ersten Bereich einer vollständig oder teilweise flexiblen und elektrisch isolierenden Folie aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorelektronik (6) bzw. die Komponenten (5) der Motorelektronik (6) einseitig oder beidseitig auf einen zweiten Bereich (7) der selben Folie (4) aufgebracht sind, und daß in einem Verbindungsbereich (9) zwischen dem ersten (3) und dem zweiten Bereich (7) in oder auf der Folie (4) mehrere Leiterbahnen (8) angeordnet sind, die die Motorwicklungen (2) mit der Motorelektronik (6) verbinden.1. Brushless permanent magnet motor in axial flow design, with a plurality of motor windings which are electrically connected to motor electronics, the motor windings being applied to a first region of a completely or partially flexible and electrically insulating film, characterized in that the motor electronics ( 6 ) or the components ( 5 ) of the motor electronics ( 6 ) are applied on one or both sides to a second area ( 7 ) of the same film ( 4 ), and that in a connecting area ( 9 ) between the first ( 3 ) and the second area ( 7 ) a plurality of conductor tracks ( 8 ) are arranged in or on the film ( 4 ), which connect the motor windings ( 2 ) to the motor electronics ( 6 ). 2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen (8) in oder auf der Ebene der Folie (4) unmittelbar mit den Motorwicklungen (2) bzw. mit der Motorelektronik (6) verbunden sind.2. Motor according to claim 1, characterized in that the conductor tracks ( 8 ) in or on the level of the film ( 4 ) are connected directly to the motor windings ( 2 ) or to the motor electronics ( 6 ). 3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen (8) parallel zueinander in dem Verbindungsbereich (9) der Folie (4) angeordnet sind.3. Motor according to claim 1 or 2, characterized in that the conductor tracks ( 8 ) are arranged parallel to one another in the connecting region ( 9 ) of the film ( 4 ). 4. Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Verbindungsbereich (9) eine geringere Breite aufweist als der erste (3) und/oder zweite Bereich (7) der Folie (4). 4. Motor according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting region ( 9 ) has a smaller width than the first ( 3 ) and / or second region ( 7 ) of the film ( 4 ). 5. Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leiterbahnen (8) flexibel sind.5. Motor according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor tracks ( 8 ) are flexible. 6. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (4) im Verbindungsbereich (9) flexibel, insbesondere biegbar ist.6. Motor according to claim 5, characterized in that the film ( 4 ) in the connection area ( 9 ) is flexible, in particular bendable. 7. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (4) im Verbindungsbereich (9) der Leiterbahnen (8) um einen Winkel von 180° U-förmig gebogen ist, wobei zwischen dem ersten (3) und dem zweiten Bereich (7) der Folie (4) ein Rückschlußelement (10), insbesondere eine Rückschlußplatte, zum Rückschluß des magnetischen Kreises des Motors (1) angeordnet ist.7. Motor according to claim 6, characterized in that the film ( 4 ) in the connecting region ( 9 ) of the conductor tracks ( 8 ) is bent by an angle of 180 ° in a U-shape, between the first ( 3 ) and the second region ( 7 ) the film ( 4 ) has a yoke element ( 10 ), in particular a yoke plate, for the yoke of the magnetic circuit of the motor ( 1 ). 8. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (4) stoffschlüssig an dem Rückschlußelement (10) befestigt ist.8. Motor according to claim 7, characterized in that the film ( 4 ) is firmly bonded to the yoke element ( 10 ). 9. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (4) form- und/oder kraftschlüssig an dem Rückschlußelement (10) befestigt ist.9. Motor according to claim 7, characterized in that the film ( 4 ) is positively and / or non-positively attached to the yoke element ( 10 ). 10. Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch . gekennzeichnet, daß die Folie (4) aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus Polymid besteht.10. Motor according to one of the preceding claims, characterized. characterized in that the film ( 4 ) consists of a plastic, preferably of polymide. 11. Folie für einen Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Verbindungsbereich (9) mehrere Leiterbahnen (8) aufweist, durch die die Wicklungen (2) eines Motors (1) mit der Elektronik (6) des Motors (1) elektrisch verbindbar sind.11. Foil for an engine according to one of the preceding claims, characterized in that it has in a connecting region ( 9 ) a plurality of conductor tracks ( 8 ) through which the windings ( 2 ) of a motor ( 1 ) with the electronics ( 6 ) of the motor ( 1 ) are electrically connectable.
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