DE102010029769A1

DE102010029769A1 - Elektromotor

Info

Publication number: DE102010029769A1
Application number: DE102010029769A
Authority: DE
Inventors: Matthias Barth; Stephan Kohl; Harald Hundt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-06-08
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2011-12-08

Abstract

Ein Elektromotor, der als Innenläufermotor ausgebildet ist, weist einen topfförmigen Trägerkörper auf, wobei der Stator des Elektromotors an der radial innen- liegenden Seitenwand des Trägerkörpers gehalten ist. Der Trägerkörper ist als Kühlkörper ausgebildet, wobei auf der dem Stator abgewandten Seite mindestens ein elektronisches Bauteil am Boden des Trägerkörpers angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
In der DE 41 22 529 B4 wird ein elektronisch kommutierter Antriebsmotor beschrieben, der als Außenläufermotor ausgeführt ist, wobei der Rotor ein topfartiges Gehäuse aufweist, welches den Stator radial umgreift. An der Innenwand des Rotorgehäuses sind Permanentmagnete angeordnet, die bestrombare Wicklungen des Stators umgreifen und mit diesen in Wechselwirkung treten. Die Wicklungen sind an Blechpaketen angeordnet, welche von einer Lagernabe getragen sind, die einteilig mit einem Träger des Stators ausgebildet ist und zur drehbaren Lagerung der Rotorwelle dient. Der Träger des Stators ist wie der Rotor topfartig ausgeführt, wobei die offenen Topfseiten von Träger und Rotor ineinander geschoben sind. Die übergreifenden Seitenwände des Trägers sind mit Rippen für eine verbesserte Wärmeabstrahlung versehen.
An der Stirnseite des Trägers befindet sich auf der dem Stator abgewandten Seite ein Deckel, der einen Aufnahmeraum zur Aufnahme einer Leiterplatte und mit dieser verbundenen Leistungstransistoren einschließt. Die Leistungstransistoren liegen an Vorsprüngen des Trägers auf, wodurch eine gute Wärmeabfuhr zum Träger gewährleistet sein soll.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen konstruktiv einfach aufgebauten Elektromotor mit integriertem elektronischen Bauteil anzugeben, der sich durch eine effiziente Wärmeableitung auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Bei dem erfindungsgemäßen Elektromotor handelt es sich beispielsweise um einen Synchronmotor. Der Elektromotor kann in Aggregaten eines Fahrzeugs eingesetzt werden, beispielsweise als Lenkunterstützungsmotor in einem Lenksystem eines Fahrzeugs oder als Fensterhebermotor, Sitzverstellmotor, Scheibenwischermotor oder dergleichen. Darüber hinaus kommen auch Anwendungsgebiete außerhalb von Fahrzeugen in Betracht, beispielsweise als Antriebsmotor in Werkzeugmaschen, insbesondere in handgeführten Werkzeugmaschinen. Bei dem Elektromotor handelt es sich insbesondere um einen elektronisch kommutierten Motor.
Der Elektromotor ist als Innenläufermotor ausgebildet und besitzt einen Stator sowie einen innerhalb des Stators drehbar gelagerten Rotor. Der Stator ist an einem Trägerkörper gehalten, der topfförmig ausgebildet ist und einen scheibenförmigen Boden sowie zylindrische Seitenwände aufweist. Dieser Trägerkörper mit Boden und Seitenwänden ist als Kühlkörper ausgeführt und bildet eine Wärmesenke zur Ableitung von Wärme, welche im Betrieb des Elektromotors entsteht.
Der scheibenförmige Boden des Trägerkörpers dient auf der dem Stator abgewandten Seite zugleich als Träger von mindestens einem elektronischen Bauteil. Auf Grund der Ausführung des Trägerkörpers als Kühlkörper wird auch die im elektronischen Bauteil entstehende Wärme über den Trägerkörper wirksam abgeleitet. Somit übernimmt der Trägerkörper die Funktion einer Wärmesenke sowohl für den Elektromotor als auch für das mindestens eine elektronische Bauteil.
Zugleich ist eine kompakte und einfache Ausführung gegeben, da der Trägerkörper an der Innenseite seiner Seitenwände die Bauteile des Stators aufnimmt. Dem Trägerkörper kommt somit auch die Funktion eines Motorgehäuses zu, welches sich axial über die Länge der Seitenwände erstreckt. Hieran axial anschließend kann ein weiteres Gehäuseteil des Motorgehäuses vorgesehen sein, mit dem der Trägerkörper verbunden wird.
Die Erstreckung in Radialrichtung ist bei der erfindungsgemäßen Ausführung des Elektromotors reduziert, da die Seitenwände des Trägerkörpers zugleich eine haltende Funktion im Sinne eines Motor- bzw. Statorgehäuses ausüben. Auf Grund der Ausführung als Innenläufermotor ist kein weiteres, den Stator radial umgreifendes Bauteil des Rotors erforderlich. In Achsrichtung wird ebenfalls eine kompakte Ausführung erreicht, da der Boden des Trägergehäuses auf der dem Stator und dem Rotor abgewandten Seite Träger des elektronischen Bauteils ist.
Bei dem elektronischen Bauteil handelt es sich insbesondere um ein Steuergerät zur Steuerung des Elektromotors. Auf diese Weise erhält man ein integriertes mechatronisches System, bestehend aus Elektromotor und Steuergerät. Das Steuergerät umfasst insbesondere auch mindestens ein elektronisches Leistungsbauteil, welches für eine verbesserte Wärmeableitung zweckmäßigerweise unmittelbar am Boden des Trägerkörpers angeordnet ist. Der Boden des Trägerkörpers ist zu diesem Zweck bezüglich seiner Oberflächengüte zumindest abschnittsweise so gestaltet, dass die Hardwarekomponenten, insbesondere das Leistungsbauteil, direkt auf die Oberfläche des Bodens aufgebracht werden können.
Das Steuergerät weist zweckmäßigerweise ein eigenes Gehäuse bzw. einen Gehäusedeckel auf, welches stirnseitig an den Trägerkörper im Bereich des Bodens angeflanscht ist. Das Gehäuse des Steuergeräts ist vorzugsweise geschlossen ausgebildet, um einen wirksamen Schutz der aufgenommenen elektronischen Bauteile zu gewährleisten. Zweckmäßigerweise befinden sich die Bauteile des Elektromotors und die Bauteile des Steuergeräts jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Bodens des Trägerkörpers, so dass eine vollständige Trennung dieser Bauteile durch den Boden des Trägerkörpers gegeben ist. Die Lagerung der Rotorwelle erfolgt vorzugsweise über ein Lager, welches am Boden auf der dem Stator zugewandten Seite gehalten ist.
Der Trägerkörper besteht zweckmäßigerweise aus einem Wärme leitenden Material, bei dem zum einen eine gute Wärmeaufnahme vom Motor bzw. den elektronischen Bauteilen und zum anderen eine Abgabe der aufgenommenen Wärme an umgebende Bauteile, zum Beispiel an das Zahnstangengehäuse, an dem die Elektromotor- und Steuergeräteeinheit angeflanscht ist, abgegeben wird.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, welche einen Schnitt durch ein integriertes mechatronisches System, bestehend aus einem Elektromotor und einem angeflanschten Steuergerät, zeigt.
An den in der Figur dargestellten Elektromotor 1 ist stirnseitig ein Steuergerät 2 angeflanscht, über das die elektrischen Funktionen des Elektromotors gesteuert werden. Der Elektromotor 1 ist als Innenläufermotor ausgeführt und umfasst einen Stator 3 sowie einen innerhalb des Stators 3 drehbar gelagerten Rotor 4. Der Stator 3 besitzt eine Mehrzahl von bestrombaren Wicklungen 5 zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes, welches mit einem Feld eines Ankerpaketes 6 des Rotors 4 interagiert. Das Ankerpaket 6 ist auf eine Rotorwelle 7 des Rotors 4 aufgeschoben, wobei die Rotorwelle 7 in einem Lager 8 drehbar gelagert ist.
Der Stator 3 ist an einem Trägerkörper bzw. Motorgehäuse 9 fixiert, welcher topfförmig ausgebildet ist und einen scheibenförmigen Boden 10 sowie eine mit dem Boden 10 einteilig ausgebildete, zylindrische Seitenwand 11 aufweist. An der Innenseite der Seitenwand 11 befindet sich der Stator 3 mit den Wicklungen 5. Am Boden 10 des Trägerkörpers 9 ist das Lager 8 für die Rotorwelle 7 aufgenommen. Somit bildet der Trägerkörper 9 einen Träger für die Bauteile sowohl des Stators 3 als auch des Rotors 4.
Der Trägerkörper 9 ist als Kühlkörper ausgebildet, der dazu dient, im Betrieb entstehende Wärme des Elektromotors 1 und des Steuergerätes 2 aufzunehmen und an umliegende Bauteile, an denen der Trägerkörper angeflanscht wird, abzugeben. Der Trägerkörper 9 besteht beispielsweise aus Aluminium und weist eine ausreichend hohe Festigkeit auf, um auch die mechanischen Halte- und Lagerkräfte aufnehmen zu können.
Das Steuergerät 2 besitzt ein Steuergehäuse 12, welches auf der dem Stator 3 und dem Rotor 4 abgewandten Seite an den Boden 10 des Trägerkörpers 9 angeflanscht ist. Das Steuergehäuse 12 ist konzentrisch zum Trägerkörper 9 angeordnet und weist einen Radius auf, der den Außenradius des Trägerkörpers 9 nicht übersteigt.
Das Steuergehäuse 12 deckt elektronische Bauteile 13 des Steuergerätes 2 ab, welche vorzugsweise unmittelbar auf dem Boden 10 des Trägerkörpers 9 angeordnet sind. Bei den elektronischen Bauteilen 13 handelt es sich beispielsweise um Leistungsbauteile zur Steuerung der Stromversorgung des Elektromotors. Die von den elektronischen Bauteilen 13 abgegebene Wärme wird vom Boden 10 des Trägerkörpers 9 aufgenommen und radial in Richtung der Seitenwände 11 nach außen geleitet, von wo aus die Wärme an umliegende Bauteile, an denen der Trägerkörper axial angeflanscht ist, abgegeben werden kann.
Die elektronischen Bauteile 13 sind vorzugsweise auf den Boden 10 geklebt, wofür der Boden 10 eine entsprechende Oberflächengüte aufweist.
Der Trägerkörper 9 ist im Hinblick auf die Dimensionierung des Bodens 10 und der Seitenwand 11 so gestaltet, dass eine optimale Aufnahme der Wärme vom Elektromotor und dem Steuergerät sowie eine Ableitung der Wärme gewährleistet ist. Da der Boden 10 von zwei gegenüberliegenden Seiten Wärme aufnehmen muss, kann es vorteilhaft sein, den Boden 10 mit einer verhältnismäßig großen Wandstärke auszubilden, die ggf. die Wandstärke der Seitenwand 11 übersteigt. Grundsätzlich möglich ist es aber auch, die Seitenwand 11 mit der gleichen Wandstärke wie den Boden 10 zu versehen.
Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, zumindest an der Seitenwand 11 Kühlrippen vorzusehen, um die Wärmeabstrahlung radial nach außen zu verbessern. Die Kühlrippen befinden sich hierbei insbesondere auf der radial außen liegenden Seite der Seitenwand 11.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4122529 B4 [0002]

Claims

Elektromotor, mit einem Stator (3) und einem drehbar gelagerten Rotor (4), wobei der Stator (3) an einem Trägerkörper (9) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) als Innenläufermotor ausgebildet und der Rotor (4) innerhalb des Stators (3) drehbar gelagert ist, dass der Trägerkörper (9) topfförmig mit Boden (10) und Seitenwand (11) ausgebildet und der Stator (3) an der radial innen liegenden Seitenwand (11) des topfförmigen Trägerkörpers (9) gehalten ist und dass sowohl der Boden (10) als auch die Seitenwand (10) des Trägerkörpers (9) als Kühlkörper ausgebildet sind, wobei auf der dem Stator (3) abgewandten Seite mindestens ein elektronisches Bauteil (13) am Boden (10) des Trägerkörpers (9) angeordnet ist.
Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Boden (10) des Trägerkörpers (9) auf der dem Stator (3) zugewandten Seite ein Lager (8) zur Lagerung des Rotors (4) aufgenommen ist.
Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Stator (3) abgewandten Seite ein Steuergerät (2) am Boden des (10) Trägerkörpers (9) angeordnet ist.
Elektromotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein elektronisches Bauteil (13) des Steuergeräts (2) unmittelbar am Boden (10) des Trägerkörpers (9) aufliegt.
Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauteil (13) am Boden (10) des Trägerkörpers (9) ein elektronisches Leistungsbauteil ist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauteil (13) auf den Trägerkörper (9) geklebt ist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (2) an den Trägerkörper (9) angeflanscht ist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (9) ein Motorgehäuse bildet.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (9) aus Aluminium gefertigt ist.
Lenksystem in einem Fahrzeug mit einem Elektromotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Lenkunterstützungsmotor.