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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor und insbesondere einen PMDC-Minimotor mit Unterdrückung elektromagnetischer Interferenz.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Permanentmagnet-Gleichstrom-Minimotoren (PMDC-Minimotoren) finden in zahlreichen Produkten Anwendung, u. a. zur Steuerung des Drosselventils der Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs. Computer-Equipment, das in modernen Fahrzeugen verwendet wird, ist häufig empfindlich gegen elektromagnetische Interferenz (EMI). Aus diesem Grund müssen Elektromotoren, die in Fahrzeugen verwendet werden, abgeschirmt oder mit Geräuschunterdrückungsvorrichtungen ausgestattet werden, um zu verhindern, dass eine EMI erzeugt wird, die den Normalbetrieb des Computer-Equipment stören könnte.
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Das US-Patent
US6,400,058 beschreibt einen Elektromotor mit einem Schaltkreis zur Unterdrückung elektromagnetischer Interferenz. Bei diesem Motor ist eine starre Leiterplatte (PCB) an dem Bürstenhalter befestigt, der zwei Bürstenkäfige trägt. Zwei bedrahtete Widerstände und zwei bedrahtete Kondensatoren sind auf dem PCB angeordnet, um eine EMI zu unterdrücken, die durch einen Überschlag zwischen dem Kommutator und den Bürsten entsteht. Bei diesem Elektromotor erfordert die Verbindung des PCB mit dem Motor einen Draht. Hinzukommt, dass bedrahtete Komponenten einen relativ großen Raum belegen und die Reduzierung der physischen Größe des Motors erschweren.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Aus diesem Grund wird ein Motor gewünscht, der über eine kompakte EMI-Unterdrückungsschaltung verfügt.
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Dementsprechend wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Elektromotor angegeben, umfassend: zwei Motoranschlüsse; einen Stator; einen hinsichtlich des Stators drehbar montierten Rotor und einen Filterkreis zur Unterdrückung elektromagnetischer Interferenz, der mit den Motoranschlüssen verbunden ist, wobei der Filterkreis eine flexible Schaltungsanordnung mit einer flexiblen Leiterplatte (FPCB) und mehreren an dem FPCB montierten Filterelementen umfasst.
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Vorzugsweise hat der Rotor eine Welle, einen an der Welle montierten Rotorkern, einen dem Rotorkern an der Welle benachbart montierten Kommutator und eine Rotorwicklung, die um die Pole des Rotorkerns herumgeführt und mit dem Kommutator elektrisch verbunden ist. Der Stator hat eine Endkappenanordnung. An der Endkappenanordnung sind zwei Bürsten montiert und für einen Gleitkontakt mit dem Kommutator angeordnet, und der Filterkreis ist elektrisch zwischen die Motoranschlüsse und die Bürsten geschaltet.
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Vorzugsweise hat das FPCB einen flexiblen Träger und einen ersten elektrischen Kontakt und einen zweiten elektrischen Kontakt, die sich von dem flexiblen Träger erstrecken und relativ zu dem flexiblen Träger gebogen sind, wobei der erste elektrische Kontakt und der zweite elektrische Kontakt jeweils direkt mit den Motoranschlüssen verbunden sind.
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Vorzugsweise sind der erste elektrische Kontakt und der zweite elektrische Kontakt mit den Motoranschlüssen verschweißt.
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Vorzugsweise sind der erste elektrische Kontakt und der zweite elektrische Kontakt durch Ultraschallschweißen mit den beiden Motoranschlüssen verbunden.
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Vorzugsweise umfasst die Endkappenanordnung einen ersten Kappenkörper und einen separat gebildeten zweiten Kappenkörper, wobei die flexible Schaltungsanordnung zwischen dem ersten Kappenkörper und dem zweiten Kappenkörper vorgesehen ist.
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Vorzugsweise ist der erste Kappenkörper ein Metallkappenkörper, und das FPCB hat einen dritten elektrischen Kontakt, der sich von dem flexiblen Träger erstreckt, relativ zu dem flexiblen Träger gebogen ist und direkt mit dem Metallkappenkörper verbunden ist.
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Vorzugsweise ist der zweite Kappenkörper ein elektrisch isolierender Kappenkörper mit mehreren Ausnehmungen für die Aufnahme der mehreren Filterelemente.
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Vorzugsweise hat der Filterkreis zwei Drosseln, die durch die Endkappenanordnung gestützt sind, und Enden jeder Drossel sind mit einem jeweiligen Motoranschluss und einer entsprechenden der Bürsten elektrisch verbunden.
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Vorzugsweise hat der erste Kappenkörper eine erste Seite und eine von der ersten Seite axial beabstandete zweite Seite, und die flexible Schaltungsanordnung ist auf der ersten Seite angeordnet, und die Drosseln sind auf der zweiten Seite des zweiten Kappenkörpers angeordnet.
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Vorzugsweise umfassen die Filterelemente eine Widerstands-Zweigschaltung, eine erste Kondensator-Zweigschaltung und eine zweite Kondensator-Zweigschaltung, die zwischen den Motoranschlüssen parallelgeschaltet sind. Die Widerstands-Zweigschaltung umfasst zwei in Reihe geschaltete Widerstände. Die erste Kondensator-Zweigschaltung umfasst zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren. Die zweite Kondensator-Zweigschaltung umfasst einen Kondensator, und die Verbindung zwischen den beiden Widerständen und die Verbindung zwischen den beiden Kondensatoren der ersten Kondensator-Zweigschaltung sind geerdet.
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Vorzugsweise sind die Filterelemente SMD-Elemente.
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Vorzugsweise ist das FCPB eine einseitige Folienleiterplatte mit einer Dicke von 0,1 mm bis 0,2 mm oder eine doppelseitige Folienleiterplatte mit einer Dicke von 0,2 mm bis 0,3 mm.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr anhand von Beispielen erläutert, wobei auf die Figuren der anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, tragen in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, die gleichen Bezugszeichen. Die Dimensionen von Komponenten und Merkmalen, die in den Figuren dargestellt sind, sind allgemein im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren sind im Folgenden aufgelistet.
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1 zeigt einen Elektromotor gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine Schnittansicht des Motors von 1;
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3 ist eine Innenansicht einer Endkappenanordnung des Motors von 1;
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4 ist eine Außenansicht eines zweiten Endkappenkörpers, der Teil der Endkappenanordnung von 3 ist;
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5 zeigt eine FPCB-Anordnung, die an der Außenseite des zweiten Kappenkörpers der Endkappenanordnung von 3 angeordnet ist;
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6 zeigt eine FPCB-Anordnung, die an einer Innenseite eines ersten Kappenkörpers der Endkappenanordnung von 3 angeordnet ist;
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7 ist ein Schaltungsdiagramm der FPCB-Anordnung von 5; und
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8 ist ein Schaltungsdiagramm des gesamten Motors von 1.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die 1 und 2 zeigen einen Elektromotor 10 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieser Motor ist ein Minimotor, der ausgebildet ist für die Verwendung bei einem elektrischen Drosselventil für eine Brennkraftmaschine. Er hat einen Stator und einen Rotor, der sich relativ zu dem Stator drehen kann. Der Rotor hat eine Welle 12, einen geschichteten Rotorkern 14 und einen an der Welle 12 befestigten Kommutator 16. Eine Rotorwicklung (in den Figuren nicht dargestellt) ist an den Polen des Rotorkerns 14 ausgeführt und mit dem Kommutator elektrisch verbunden. Der Stator hat ein magnetisch leitendes Gehäuse 22, mindestens einen Magneten 24, der an dem Gehäuse befestigt ist, und eine Endkappenanordnung. Das Gehäuse 22 hat ein offenes Ende 26 und ein geschlossenes Ende 28. Die Endkappenanordnung verschließt das offene Ende 26. Die Endkappenanordnung umfasst einen ersten Kappenkörper 30 aus einem Metallmaterial und einen zweiten Kappenkörper 32 aus einem elektrisch isolierenden Material (z. B. Kunststoff), der innseitig in dem ersten Kappenkörper angeordnet ist. Der erste Kappenkörper 30 und der zweite Kappenkörper 32 bilden jeweils eine Nut-und-Feder-Positionierungskonstruktion 34 und 36 mit dem Gehäuse 22, um deren relative Bewegung in der Umfangsrichtung zu vermeiden. Zwei Lagerhalter 38 springen jeweils entlang der Wellenachse von der Mitte des geschlossenen Endes 28 und dem ersten Kappenkörper 30 nach außen vor. Die Welle 12 ist durch zwei in den beiden Lagerhaltern installierte Lager 40 drehbar gestützt. Distanzhalter 42 sind zwischen dem Rotorkern 14 und dem Kommutator 16 und zwischen dem Rotorkern 14 und dem Lager 40 des geschlossenen Endes 28 des Gehäuses angeordnet.
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Es wird auf die 3 und 4 Bezug genommen. Eine axiale Durchgangsöffnung 44 ist in der Mitte des zweiten Kappenkörpers 32 gebildet.
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Zwei Bürstenkäfige 46 erstrecken sich von der Wand der Durchgangsöffnung entlang einer gemeinsamen Diagonale nach außen. Jeder Bürstenkäfig 46 ist durch mit der axialen Durchgangsöffnung 44. Zwei vorspringende Stützen 48 sind an dem zweiten Kappenkörper 32 angeformt, um Bürstenfedern 54 zu stützen. Zwei Metallleiter 50 sind an dem zweiten Kappenkörper 32 befestigt. Die vorspringenden Stützen 48 und die Metallleiter 50 sind in Umfangsrichtung auf einander gegenüberliegenden Seiten eines jeweiligen Bürstenkäfigs 46 angeordnet. Zwei Drosseln 52 sind auf gegenüberliegenden Seiten der gemeinsamen diagonalen Linie angeordnet, die durch die beiden Bürstenkäfige 46 definiert wird, und sind an dem zweiten Endkappenkörper 32 befestigt. Dadurch sind zwei Bürstenkäfige 46, zwei vorspringende Stützen 48, zwei Drosseln 52 und zwei Metallleiter 50 umfangsseitig um die Durchgangsöffnung an der axialen Innenseite des zweiten Kappenkörpers 32 angeordnet. Bürsten 56 sind in den Bürstenkäfigen 46 gleitbeweglich angeordnet. Im zusammengebauten Zustand liegt der Kommutator 16 in der axialen Durchgangsöffnung 44, und die Federn 54 drücken die Bürsten in Kontakt mit dem Kommutator. Zwei Motoranschlüsse 58, die an dem zweiten Kappenkörper 32 befestigt sind, sind jeweils an den radialen Außenseiten jeder Drossel 52 angeordnet. Zwei Einfügebereiche 60, die den beiden Motoranschlüssen 58 entsprechen, erstrecken sich von dem zweiten Kappenkörper 32 nach außen und durch entsprechende Öffnungen 62 in dem ersten Kappenkörper 30.
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Jeder Motoranschluss 58 hat einen ersten Verbindungsbereich 64, der sich durch den zweiten Kappenkörper 32 erstreckt und in einer Ausnehmung angeordnet ist, die in den entsprechenden Einfügebereichen 60 gebildet ist, einen zweiten Verbindungsbereich 66, der sich durch den zweiten Kappenkörper 32 erstreckt und nahe an dem entsprechenden Einfügebereich 60 an der Außenseite des zweiten Kappenkörpers 32 liegt, und einen dritten Verbindungsbereich 70, der mit einem ersten Anschluss 68 einer entsprechenden Drossel 52 an der Innenseite des zweiten Kappenkörpers 32 verbunden ist. Jeder Einfügebereich 60 und erste Verbindungsbereich 64 bilden hier zusammen eine Strombuchse für die Verbindung mit einer externen Stromquelle. Ein zweiter Anschluss 72 jeder Drossel 52 ist mit einem vierten Verbindungsbereich 74 eines entsprechenden Metallleiters 50 elektrisch verbunden. Die Bürste 56 ist mit einem fünften Verbindungsbereich 76, der dem Metallleiter 50 entspricht, durch einen Bürsten-Shunt elektrisch verbunden.
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Es wird auf 5 und 6 Bezug genommen. In der bevorzugten Ausführungsform ist eine flexible Schaltungsanordnung an der Außenfläche des zweiten Kappenkörpers zwischen dem ersten Kappenkörper 30 und dem zweiten Kappenkörper 32 fest installiert. Diese flexible Schaltungsanordnung hat eine flexible Leiterplatte (FPCB) 80 und einige an dem FPCB montierte Filterelemente 82. Das FPCB hat einen flexiblen Träger 84, einen ersten elektrischen Kontakt 86, einen zweiten elektrischen Kontakt 88 und einen dritten elektrischen Kontakt 90, die sämtlich relativ zu dem flexiblen Träger 84 gebogen sind. Die ersten bis dritten elektrischen Kontakte 86, 88, 90 können durch drei Bereiche gebildet sein, die an dem flexiblen Träger 84 angeformt sind und aus einer Kante des flexiblen Trägers 84 herausgebogen sind. Dabei sind der erste elektrische Kontakt 86 und der zweite elektrische Kontakt 88 (vorzugsweise durch Schweißen) mit dem zweiten Verbindungsbereich 66 der beiden Motoranschlüsse 58 verbunden, und der dritte elektrische Kontakt 90 ist (vorzugsweise durch Schweißen) über eine darin gebildete Öffnung 92 mit dem ersten Endkörper 30 verbunden, um einen Erdungsanschluss zu bilden.
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Vorzugsweise sind die Filterelemente 82 in einer oder mehreren Ausnehmungen 94 enthalten, die in der Außenfläche des zweiten Endkörpers 32 gebildet sind, um die axiale Länge des Motors zu reduzieren. Die elektrischen Kontakte 86, 88 und 90 können durch Ultraschallschweißen mit den Motoranschlüssen 58 und dem ersten Endkörper 30 verbunden sein, um im Hinblick auf den Betrieb des Motors unter vielfältigen Temperaturbedingungen eine zuverlässige Verbindung sicherzustellen.
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Vorzugsweise ist das FPCB eine einseitige Folienleiterplatte, die lediglich 0,1 mm–0,2 mm dick ist. Die Filterelemente 82 sind oberflächenmontierte Elemente (Surface Mounted Device (SMD)), die durch eine Oberflächenmontagetechnik (Surface Mounted Technology (SMT)) auf einer Seite des FPCB angeordnet sein können. Die Gesamtdicke des FPCB und der Filterelemente 82 kann lediglich 1,2 mm betragen.
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7 zeigt das Schaltungsdiagramm der Schaltung des FPCB. Die Schaltung hat einen ersten Widerstandszweig, einen ersten Kapazitätszweig und einen zweiten Kapazitätszweig, die sämtlich zwischen den ersten elektrischen Kontakt 86 und den zweiten elektrischen Kontakt 88 geschaltet sind. Der Widerstandszweig umfasst zwei Widerstände R1 und R2, die in Reihe geschaltet sind. Der erste Kondensatorzweig umfasst zwei Kondensatoren CY1 und CY2, die in Reihe geschaltet sind. Der zweite Kondensatorzweig umfasst einen Kondensator CX. Der Verbindungspunkt N1 der beiden Widerstände R1 und R2 und der Verbindungspunkt N2 der beiden Kondensatoren CY1 und CY2 sind mit dem dritten elektrischen Kontakt 90 verbunden. 8 zeigt das komplette Schaltungsdiagramm des Motors der bevorzugten Ausführungsform, wobei das FPCB und die Drosseln 52 einen Filterkreis bilden, der elektrisch zwischen die beiden Motoranschlüsse 58 und die Bürsten 56 geschaltet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein FPCB in dem Filterkreis verwendet, so dass sich elektrische Kontakte direkt bilden lassen, indem Abschnitte des FPCB für die elektrische Verbindung mit den Motoranschlüssen gebogen werden und keine gesonderten Drähte für die Verbindung zwischen dem PCB und dem Motoranschluss nötig sind. Dadurch sind zwischen dem Filterkreis und den Motoranschlüssen weniger Schweiß- oder Verbindungspunkte vorhanden, wodurch eine höhere Zuverlässigkeit der Schaltung erreicht wird. Durch die Verwendung der Folienleiterplatte und von SMD-Filterelementen 82 werden Dicke und Volumen der flexiblen Schaltungsanordnung kleiner, so dass diese die Anforderungen eines Minimotors erfüllt. Darüber hinaus können mehrere Filterkomponenten oder Komponenten mit einer größeren Kapazität in der Schaltung verwendet werden, so dass eine bessere EMI-Unterdrückung erzielbar ist.
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Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Abwandlungen in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung sind in einem einschließenden Sinne zu verstehen. Sie geben an, dass das genannte Element vorhanden ist, schließen jedoch nicht aus, dass noch weitere Elemente vorhanden sind.
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Wenngleich die Erfindung mit Bezug auf eine oder mehrere bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzrahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.
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Zum Beispiel kann ein FPCB eine doppelseitige Folienleiterplatte mit einer Dicke von 0,2~0,3 mm sein, wobei Filterkomponenten, vorzugsweise des SMD-Komponententyps, auf beiden Seiten der FPCB installiert sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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