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Die Erfindung betrifft einen Umrichtermotor.
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Als Umrichtermotor werden Elektromotoren bezeichnet, bei denen der den Elektromotor speisende Umrichter baulich fest verbunden ist mit dem Gehäuse des Elektromotors.
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Aus der
DE 36 42 724 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik ein Elektromotor mit einem Frequenzumrichter zur Steuerung der Motorbetriebsgrößen bekannt.
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Aus der
5 der
DE 196 07 248 A1 ist ein erweiterbares Gehäuse für gedruckte Schaltungsplatten bekannt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Umrichtermotor weiterzubilden, wobei eine besonders einfache Fertigung ausführbar sein soll.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Umrichtermotor nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Umrichtermotor sind, dass er ein Gehäuse umfasst,
wobei im Gehäuse ein Elektromotor und ein diesen Elektromotor speisender Umrichter angeordnet ist,
wobei elektronische Bauteile des Umrichters auf einer Leiterplatte bestückt sind, die in einem Schalenteil angeordnet ist.
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Von Vorteil ist dabei, dass die elektronische Anordnung gut geschützt ist und vor Einbau ins Motorgehäuse schon vergießbar ist mit Vergussmasse in dem Schalenteil. Somit ist also eine Vorkomplettierung ermöglicht und die Elektronik geschützt einbaubar.
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Vorzugswiese ist die Vergussmasse wärmeleitfähig und elektrisch isolierend. Somit ist die Wärme der Bauteile der elektronischen Schaltung gut ableitbar und ein hoher Isolationsabstand gewährleistbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind elektronische Bauteile des Umrichters auf mindestens zwei Leiterplatten bestückt, die jeweils in einem Schalenteil angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Umrichter in verschiedenen Modulen zusammensetzbar ist und somit im Lager nur eine geringe Anzahl von unterschiedlichen Typen von Modulen vorrätig zu halten sind. Auf diese Weise ist der Umrichter mit verschiedenen Funktionalitäten zusammensetzbar, also in hoher Varianz fertigbar. Beispielsweise ist für einen Elektromotor eine Elektronik mit oder ohne Anschlussmöglichkeit für einen Winkelsensor vorsehbar. Alternativ sind verschiedene Bus- oder Feldbusanschlüsse vorsehbar, wie beispielsweise Profibus, Interbus, Ethernet, CAN oder andere Busse. Für den jeweiligen Bus oder Feldbus ist eine speziell zugehörige Elektronik vorsehbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schalenteile in axialer Richtung gestapelt, insbesondere wobei die Schalenteile einander berühren. Von Vorteil ist dabei, dass ein dichter Stapel herstellbar ist, so dass keine Vergussmasse herausfließen kann.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Stapel in einem Aufnahmeteil angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass der Stapel als ganzer lagerbar, transportierbar und einbaubar in den Motor ist..
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Aufnahmeteil zwischen Stapel und Stator des Elektromotors angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass das Aufnahmeteil zum Stator hin den Stapel beabstandet und somit elektrisch isoliert. Das Aufnahmeteil ist auch aus einem schlechten Wärmeleiter herstellbar, so dass es als Wärmesperre zwischen Stator und Umrichterelektronik wirkt. Auf diese Weise sind verschiedene Temperaturbereiche erzeugbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Aufnahmeteil einen Mittelschenkel auf, der eine Ausnehmung aufweist, durch die die Rotorwelle oder eine mit der Rotorwelle verbundene Welle zumindest teilweise hindurchführbar anordenbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Rotorwelle hindurchführbar ist, so dass ein Lüfter vorsehbar ist zur Kühlung des Lagerschildes, welches auf der vom Stator abgewandten Seite des Stapels angeordnet ist. Zusätzlich können die Kühlrippen des Motorgehäuses angeströmt werden, um für eine verbesserte Kühlung von Motor und Elektronik zu sorgen. Somit ist dann Wärme der Elektronik abführbar an das beschriebene Lagerschild sowie das Statorgehäuse und von dort mittels des Kühlluftstroms an die Umgebungsluft. Das dem Lagerschild nächstbenachbarte Schalenteil ist derart nah anordenbar, dass die Wärme von auf der zugehörigen Leiterplatte bestückten Leistungshalbleitern an das Lagerschild abführbar ist.
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Weiterhin sind die Schalenteile am Umfang in axialer Richtung aufgedickt, um die Kontaktfläche zwischen Stapel und Gehäuseteil zu vergrößern, um somit die thermische Anbindung des Stapels an das Gehäuse zu optimieren.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Schalenteile eine axial mittige Ausnehmung auf, mit der sie auf den Mittelschenkel aufgesteckt sind, insbesondere mit Spiel, insbesondere mit geringfügigem Spiel, oder ohne Spiel. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Montage des gesamten Stapels ausführbar ist und der Stapel mit verschiedenen Varianten an Funktionalität zusammensetzbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Aufnahmeteil mit dem Stapel zwischen einem Lagerschild des Gehäuses und einem Gehäuseteil angeordnet, insbesondere an einem Anschlagbereich des Gehäuseteils axial begrenzt ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine axiale Festlegung in einfacher Weise erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind das Aufnahmeteil und das Schalenteil oder die Schalenteile aus Kunststoff gefertigt. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache kostengünstige Herstellung erreichbar ist sowie eine elektrische Isolierung in einfacher Weise erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die jeweilige Leiterplatte samt auf ihr bestückten elektronischen Bauteile mittels Vergussmasse im zugehörigen Schalenteil angeordnet und/oder gehalten, insbesondere stoffschlüssig verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass eine gut wärmeleitende Verbindung herstellbar ist und ein mechanischer Zusammenhalt gewährleistbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Schalenteil einen ananasscheibenförmigen Boden auf, dessen Normalenrichtung in Achsrichtung des Elektromotors ausgerichtet ist, und wobei das Schalenteil am äußeren Rand und am inneren Rand des Bodens sich in axialer Richtung erstreckende Wände aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass ein Vergießen in einfacher Weise ausführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schalenteile mit den Leiterplatten samt der darauf bestückten Bauteile vorkomplettierbar gestaltet. Von Vorteil ist dabei, dass der Umrichter aus Modulen zusammensetzbar ist und somit vorkomplettierbar ist mit der jeweils gewünschten Funktionalität.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst eine Leiterplatte in einem ersten Schalenteil angeordnet ist und Leistungselektronik, insbesondere die Leistungshalbleiter aufweist, insbesondere welche zur Ableitung von Wärme direkt und/oder mittels der Vergussmasse mit dem Lagerschild oder einem anderen Gehäuseteil des Motors verbunden sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine höhere Leistung pro Bauvolumen erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Leiterplatte in einem zweiten Schalenteil angeordnet und umfasst Signalelektronik und/oder Steuerelektronik, insbesondere die pulsweitenmodulierte Ansteuersignale erzeugt für die Leistungshalbleiter der Leistungselektronik. Von Vorteil ist dabei, dass der Umrichter modular aufgebaut ist und somit eine hohe Varianz an Umrichtern mit nur einer geringen Anzahl von Modulen herstellbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Leiterplatte in einem dritten Schalenteil angeordnet und umfasst Busumsetzerelektronik. Von Vorteil ist dabei, dass verschiedene Umsetzerelektronik-Schaltungen vorsehbar sind und somit der Umrichter mit der jeweils gewünschten ausstattbar ist.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
- In der 1 ist ein erfindungsgemäßer Umrichtermotor schematisch skizziert.
- In der 2 ist der elektronische Teil in explodierter Darstellung dargestellt.
- In der 3 ist der Umrichter gezeigt.
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Der Umrichtermotor weist einen Stator 1 auf, der von einem Motorgehäuse 3 umgeben ist. Vorzugsweise ist der Motor als Drehstrommotor und somit der Stator 1 als Drehstromwicklung ausgeführt.
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Die Rotorwelle 13 trägt den Rotor 12, vorzugsweise einen Kurzschlusskäfig. Die Lager der Rotorwelle 13 sind in Gehäuseteilen, wie Lagerschilden, vorgesehen, zwischen denen das Motorgehäuse 3 angeordnet ist. Die Rotorwelle 13 ist vom Stator aus gesehen axial beidseitig gelagert
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An der axial der Abtriebsseite gegenüberliegenden Seite ist im Motor ein Umrichter angeordnet, der auf mindestens zwei Leiterplatten aufgebaut ist und den Motor speist.
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Eine erste Leiterplatte 6 trägt die Leistungshalbleiter der Leistungselektronik, eine weitere Leiterplatte 8 trägt die Steuerelektronik, welche pulsweitenmodulierte Ansteuersignale für die Leistungshalbleiter erzeugt.
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Eine weitere Leiterplatte 10 trägt elektronische Schaltungen, wie Feldbusanbindungen und dergleichen.
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Jede Leiterplatte ist in einem Schalenteil (7, 9, 11) aufgenommen, wobei die Schalenteile axial hintereinander gestapelt angeordnet sind.
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Die Leiterplatten (6, 8, 10) sind mit den auf ihnen bestückten elektronischen Bauteilen in den Schaltenteilen (7, 9, 11) vergossen vorgesehen.
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Dabei ist axial mittig eine axial verlaufende Ausnehmung 20 vorgesehen, in welcher die Rotorwelle durch den axialen Bereich der Schalenteile samt Leiterplatten hindurchführbar ist, so dass auf der vom Stator abgewandten Seite des Stapels ein Lüfter 5 an der Rotorwelle verbindbar ist.
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Auf diese Weise ist der Kühlluftstrom des Lüfters 5 entlang einem Gehäuseteil des Motors, insbesondere beispielsweise am Lagerschild 4 vorbei führbar. Die zu diesem Lagerschild nächstbenachbarte Leiterplatte 6 ist mit Leistungshalbleitern und gegebenenfalls weiterer Leistungselektronik bestückbar, wodurch die von diesen Bauteilen erzeugte Wärme gut abführbar ist durch die Vergussmasse zum Lagerschild.
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Um einen guten Wärmeübergang zu erreichen ist hierbei der Stapel, also die axial hintereinander angeordneten Schalenteile zwischen Statoraufnahme und Lagerschild gehalten.
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Der Stapel ist statorseitig abgeschlossen durch ein als Aufnahmeteil 2 ausgeführtes Schalenteil, welches einen Mittelschenkel aufweist zum Vorkomplettieren des Umrichters. Der Mittelschenkel ist hierbei wiederum hohl ausgeführt, so dass axial mittig eine Ausnehmung 20 vorhanden ist.
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In Figur ist die Ausnehmung 20 im Aufnahmeteil 2 in Schrägansicht gezeigt. Die Schalenteile (7, 9, 11) sind berührend hintereinander vorgesehen. Somit bilden die Schalenteile zusammen mit dem Aufnahmeteil einen Stapel, in welchen Vergussmasse eingießbar ist. Vorzugsweise umfassen die Leiterplatten (6, 8, 10) Ausnehmungen so dass Vergussmasse durch die Ausnehmungen in den Leiterplatten in axialer Richtung bis zum Aufnahmeteil gelangen kann. Somit ist auch ein Vergießen des Stapels ausführbar.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist der Motor nicht als Asynchronmotor, sondern als Synchronmotor, Reluktanzmotor oder bürstenloser Gleichstrommotor, also brushless DC, ausgeführt. Bei Ausführung als Synchronmotor weist der Rotor 12 somit Dauermagnete auf, die mit der Rotorwelle fest verbunden sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 2
- Aufnahmeteil
- 3
- Motorgehäuse
- 4
- Lagerschild
- 5
- Lüfter
- 6
- Leiterplatte
- 7
- Schalenteil
- 8
- Leiterplatte
- 9
- Schalenteil
- 10
- Leiterplatte
- 11
- Schalenteil
- 12
- Rotor
- 13
- Rotorwelle
- 20
- Ausnehmung
