DE3842588C2 - - Google Patents
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- DE3842588C2 DE3842588C2 DE3842588A DE3842588A DE3842588C2 DE 3842588 C2 DE3842588 C2 DE 3842588C2 DE 3842588 A DE3842588 A DE 3842588A DE 3842588 A DE3842588 A DE 3842588A DE 3842588 C2 DE3842588 C2 DE 3842588C2
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
- H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
- H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen kollektorlosen
Gleichstrom-Außenläufermotor, bestehend aus einem an einem
Motorflansch befestigten Stator mit Statorwicklungen, einem
den Stator auf seiner dem Motorflansch abgekehrten Seite
umschließenden Außenläufer sowie einer elektronischen, die
Statorwicklungen ansteuernden Schaltungsanordnung mit einer
flanschseitig dem Stator zugekehrt angeordneten, elektro
nische Bauelemente tragenden Leiterplatte sowie mit an der
Leiterplatte elektrisch angeschlossenen, in wärmeleitendem
Kontakt mit dem Motorflansch angeordneten Leistungshalb
leitern.
Bei kollektorlosen Gleichstrommotoren wird eine Kommutierung
der Statorwicklungsströme von Leistungshalbleitern, z.B.
Leistungstransistoren, vorgenommen. Dieser Kommutierungs
vorgang, d.h. das Ein- und Ausschalten der Leistungshalb
leiter, wird durch mindestens ein Hall-IC gesteuert, das
die jeweilige Winkelstellung des Läufers erfaßt. Insbeson
dere bei Motoren mittlerer bis höherer Leistung entsteht
in den Leistungshalbleitern eine verlustleistungsbedingte
Wärme, so daß die Leistungshalbleiter gekühlt werden müssen,
um deren Zerstörung bei einer zu großen Wärmeentwicklung
zu vermeiden.
Aus der DE 34 39 665 C2 ist ein gattungsgemäßer Motor
bekannt, bei dem die Leistungshalbleiter zum Zwecke der
Kühlung in wärmeleitendem Kontakt mit dem Motorflansch an
dessen Außenseite befestigt sind. Die die übrigen elektro
nischen Bauelemente tragende Leiterplatte ist mit einer
zentrischen Öffnung auf das freie Ende eines Stirn
isolationsschaftes des Stators axial aufgeschoben und dort
verdrehfest gehaltert. Die außen an dem Motorflansch
befestigten Leistungshalbleiter sind über Anschlußleitungen
elektrisch an der Leiterplatte angeschlossen, wobei sich
die Anschlußleitungen durch jeweils eine Öffnung des Motor
flansches erstrecken. Diese Ausgestaltung gewährleistet
zwar eine sehr gute Kühlung der Leistungshalbleiter, da der
Motorflansch in unmittelbarem Kontakt mit der Außenluft
steht und die aufgenommene Wärme an diese abführen kann.
Allerdings tritt hier der Nachteil einer umständlichen
Montage des Motors auf, da die an der Leiterplatte ange
schlossenen Leistungshalbleiter bei der Montage des Motor
flansches jeweils einzeln durch die Öffnungen des Flansches
geführt und dann befestigt werden müssen. Je nach Motor
art können aber mehrere, beispielsweise sieben zu kühlende
Leistungshalbleiter vorhanden sein, so daß die Montage
sehr viel Zeit in Anspruch nimmt. Weiterhin ist von
Nachteil, daß bei Störungen in der Schaltungsanordnung die
Leiterplatte nur sehr schwer ausgetauscht werden kann, da
es einerseits hierzu erforderlich ist, den Motorflansch
und damit alle Leistungshalbleiter zu demontieren, und da
andererseits die Leiterplatte an dem Stirnisolationsschaft
durch Verstemmen nahezu unlösbar befestigt ist, so daß bei
der Demontage die Gefahr der Zerstörung der Leiterplatte
und/oder des Stirnisolationsschaftes besteht.
Die GB 21 07 130 A beschreibt einen nicht gattungsgemäßen
Innenläufer-Wechselstrom-Generator mit luftgekühlten Gleich
richtern. Auf einer Trägerplatte sind drei Erregerstrom-
Dioden montiert. Des weiteren sind positive und negative
Dioden auf einem Kühlkörper angeordnet, der derart "frei"
innerhalb des Generators angeordnet ist, daß er von einströmender
Kühlluft umströmt wird. Der Kühlkörper steht offensichtlich
nur mit der Tragplatte in Verbindung, die ihrerseits
am Stator gehaltert ist. Da die Tragplatte elektronische
Bauelemente trägt, ist sie praktisch mit einer Leiterplatte
vergleichbar. Somit ist hier offensichtlich der Kühlkörper
über eine "Leiterplatte" gehaltert.
Die DE 22 50 557 C3 beschreibt lediglich eine Gleichrichtereinheit
für einen Wechselstromgenerator, die aus zwei in
"Sandwich-Bauweise" über eine zwischenliegende Isolierplatte
verbundenen Kühlkörpern (Pluskörper/Minuskörper) besteht, an
denen unmittelbar eine Verschaltungsplatte gehaltert ist.
Nähere Einzelheiten über eine Anordnung dieser Gleichrichtereinheit
in dem Generator sind dieser Druckschrift nicht zu
entnehmen.
Die DE 22 09 733 B2 beschreibt eine Drehstromlichtmaschine,
bei der Leistungshalbleiter an Kühlkörpern gehaltert sind, die
aber von Kühlluft umströmt werden, so daß hier somit die Leitungshalbleiter
nicht mit Teilen des Motors wärmeleitend verbunden
sind. Vielmehr sollen hier die Kühlkörper sogar über
einen isolierenden Tragring an der Maschine befestigt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Motor der gattungsgemäßen
Art so zu verbessern, daß seine Montage sowie
auch ein nachträglicher Austausch von Teilen, insbesondere der
Schaltungsanordnung, auf vereinfachte Weise möglich sind.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Leistungshalbleiter
mittelbar über einen ringscheibenförmigen
Kühlkörper mit dem Motorflansch wärmeleitend verbunden sind,
wobei der Kühlkörper mit der Leiterplatte und einem die
Leiterplatte halternden Trägerelement eine vormontierte
Baugruppe bildet, wobei die Leistungshalbleiter auf der dem
Motorflansch abgekehrten und der Leiterplatte zugekehrten
Seite des Kühlkörpers auf diesem in wärmeleitendem Kontakt
aufliegend befestigt sind, und wobei der Kühlkörper auf der
dem Stator zugekehrten Innenseite des Motorflansches in
wärmeleitendem Kontakt aufliegend mit diesem verbunden ist.
Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung kann die erfindungsgemäß
vormontierte Baugruppe über den bereits die Leistungshalbleiter
tragenden Kühlkörper an dem Motorflansch befestigt
werden, was im Vergleich zu der Einzelmontage jedes Leistungshalbleiters
viel einfacher und schneller durchführbar ist. Die
Halterung der Leiterplatte erfolgt erfindungsgemäß über das
Trägerelement, so daß auch ein Austausch der Leiterplatte
durch Entnahme der gesamten Baugruppe vereinfacht ist. Dabei
ist vorteilhafterweise durch die mittelbare Anlage der Leistungshalbleiter
über den Kühlkörper an dem Motorflansch dennoch
eine sehr gute Wäremabfuhr gewährleistet, da - wie eingangs
bereits erwähnt - der Motorflansch in unmittelbarem
Kontakt mit der Außenluft steht und die aufgenommene Wärme hinreichend
große Wärmeaufnahmekapazität, um eine ausreichende
Kühlung der Leistungshalbleiter zu gewährleisten. Außerdem
braucht der Motorflansch im wesentlichen nur die Kühlung der
Leistungshalbleiter zu übernehmen, da er beispielsweise durch
die Statorwicklung oder andere Wärmequellen kaum aufgeheizt
wird.
Des weiteren können noch folgende, zusätzliche Vorteile
genannt werden:
- 1. Die Leistungshalbleiter können vor dem Lötvorgang an dem erfindungsgemäßen Kühlkörper befestigt werden. Daher ist stets eine 100%ige Planlage der Halbleiter-Gehäuse auf dem Kühlkörper gewährleistet, wobei zudem auch eine optische Überprüfung erfolgen kann.
- 2. Durch die Befestigung der Leistungshalbleiter vor dem Verlöten wird auch sicher vermieden, daß auf die Lötpunkte und die Anschlußdrähte der Halbleiter mechanische Druck- oder Zugbeanspruchungen wirken. Denn durch die Verbindung des die Leistungshalbleiter tragenden Kühlkörpers über das Trägerelement mit der Leiterplatte ist der Abstand zwischen dem Kühlkörper und der Leiterplatte bereits festgelegt, bevor die Verlötung auf der Leiterplatte erfolgt.
- 3. Nach dem Lötvorgang (Durchlaufen eines Lötbades) ist eine Überprüfung der Funktion der Elektronik-Baugruppe problemlos möglich.
Durch die Erfindung können somit gegenüber dem bekannten,
gattungsgemäßen Motor - trotz eines geringfügigen Mehraufwandes
für den zusätzlichen Kühlkörper - wesentliche Vorteile
erzielt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind
in den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung
enthalten.
Aus der DE-AS 21 46 893 ist zwar bereits ein kollektorloser
Gleichstrommotor mit einer vormontierten, aus Leiterplatte,
Kühlkörper und Trägerelement bestehenden Baugruppe bekannt,
allerdings handelt es sich bei diesem bekannten Motor um einen
Innenläufermotor, bei dem das scheibenförmig ausgebildete
Trägerelement an einem äußeren Motorgehäuse befestigt ist.
An Ansätzen dieser Trägerscheibe sind in einer dem Motor
zugekehrten Anordnung über Kühlkörper Leistungshalbleiter
gehaltert. Ferner ist an den Ansätzen der Trägerscheibe die
Leiterplatte, jedoch in einer dem Motor abgekehrten Anordnung,
befestigt. Hierbei ist von Nachteil, daß alle elektronischen
Bauteile, insbesondere auch die Leistungshalbleiter
mit ihren Kühlkörpern, dem Motor zugekehrt sind, weshalb eine
schlechte Wärmeableitung gegeben ist.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
soll im folgenden die Erfindung näher erläutert
werden. Dabei zeigt:
Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen erfindungsgemäßen
Motor längs der Linie I-I in Fig. 2,
Fig. 2 eine Ansicht auf die Motorflansch-Seite des
erfindungsgemäßen Motors in Pfeilrichtung II
gemäß Fig. 1 mit teilweise weggeschnittenem
Motorflansch,
Fig. 3 eine Draufsicht aus Richtung der Flanschseite
auf die aus Kühlkörper, Trägerelement und
Leiterplatte bestehende, vormontierte Baugruppe,
Fig. 4 einen Schnitt durch die Baugruppe längs der Linie
IV-IV in Fig. 3,
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Außenseite des Motorflan
sches in Pfeilrichtung V gemäß Fig. 6,
Fig. 6 einen Schnitt durch den Motorflansch längs der
Linie VI-VI in Fig. 5,
Fig. 7 eine Ansicht auf die Innenseite des Motorflansches
in Pfeilrichtung VII gemäß Fig. 6,
Fig. 8 eine Draufsicht des Kühlkörpers,
Fig. 9 eine Draufsicht eines zwischen den Leistungshalb
leitern und dem Kühlkörper angeordneten, wärmelei
tenden, elektrisch isolierenden Folienzuschnittes,
Fig. 10 eine Draufsicht der Leiterplatte,
Fig. 11 eine Ansicht des Trägerelementes in Pfeilrichtung
XI gemäß Fig. 13,
Fig. 12 eine Ansicht des Trägerelementes in Pfeilrichtung
XII gemäß Fig. 13 und
Fig. 13 einen Schnitt längs der Linie XIII-XIII in Fig. 12.
Gemäß Fig. 1 und 2 besteht ein erfindungsgemäßer, kollektor
loser Gleichstrom-Außenläufermotor 2 aus einem an einem
scheibenförmigen Motorflansch 4 befestigten Stator 6 mit
einem Statorblechpaket 8 und in Nuten 10 des Statorblechpaketes 8
angeordneten Statorwicklungen 12, einem den Stator 6 auf
seiner dem Motorflansch 4 abgekehrten Seite glockenförmig
umschließenden, in nicht dargestellten Lagerelementen über
eine ebenfalls nicht dargestellte Läuferwelle drehbar gela
gerten Außenläufer 14, der nur in Fig. 1 teilweise darge
stellt ist und innenseitig einen das Statorblechpaket 8 um
schließenden, ringförmigen Permanentmagnet 16 trägt, sowie
aus einer elektronischen, den Stator 6 bzw. die Stator
wicklungen 12 zur Kommutierung und/oder Drehzahlregelung
ansteuernden Schaltungsanordnung 18. Diese Schaltungs
anordnung 18 besitzt eine flanschseitig dem Stator 6
zugekehrt angeordnete, sich senkrecht zur Motor-Längsachse
20 erstreckende und elektronische Bauelemente 22, wie sie
außer in Fig. 1 auch in Fig. 4 angedeutet sind, tragende
Leiterplatte 24 sowie weiterhin mehrere an der Leiterplatte
24 über Anschlüsse 26 elektrisch angeschlossene Leistungs
halbleiter 28, beispielsweise Transistoren oder sonstige
elektronische Schaltelemente. Die elektronischen Bauelemen
te 22 sind im wesentlichen alle auf der dem Motorflansch 4
zugekehrten Seite der Leiterplatte 24 angeordnet. Auf der
anderen, dem Stator 6 zugekehrten Seite der Leiterplatte 24
ist jedoch mindestens ein Hall-Element 30 angeordnet,
welches derart über seine Anschlüsse 31 an der Leiterplatte
24 angeschlossen ist, daß es in axialer Richtung bis in den
Bereich des Permanentmagneten 16 des Außenläufers 14 hineinragt
und dabei in umfänglicher Richtung an einer definierten
Stelle des Umfanges des Motors angeordnet ist. Das Hall-
Element 30 kann hierdurch die jeweilige Drehwinkelstellung
des Außenläufers 14 anhand der jeweiligen Magnetisierung erfas
sen, wodurch über die Schaltungsanordnung 18 und die
Leistungshalbleiter 28 die Kommutierung der Statorwicklungen
12 erfolgt. Die Statorwicklungen 12 besitzen Wicklungs
drahtenden 32, die zu der Leiterplatte 24 geführt und dort
elektrisch angeschlossen sind.
ln eine zentrische Öffnung des Statorblechpaketes 8 ist ein
Lagertragrohr 34 eingepreßt, welches die nicht dargestellten
Lagerelemente zur Drehlagerung des Außenläufers 14 aufnimmt.
Ein sich über den Stator 6 nach außen in Richtung des Motor
flansches 4 erstreckendes Montageende 36 des Lagertragrohrs
34 ist stirnseitig mit dem Motorflansch 4 verbunden, insbe
sondere verschraubt, wie dies weiter unten noch näher be
schrieben wird. Auf diese Weise ist der Stator 6 folglich
über das Lagertragrohr 34 an dem Motorflansch 4 befestigt.
Der Motorflansch 4 besitzt eine zentrische Öffnung 38,
durch die hindurch ein Lagerelement in das Lagertragrohr 34
eingesetzt werden kann. Diese zentrische Öffnung 38 ist
mit einem nicht dargestellten Lagerdeckel verschließbar.
Erfindungsgemäß sind die Leistungshalbleiter 28 mittelbar
über einen ringscheibenförmigen Kühlkörper 40 mit dem
Motorflansch 4 wärmeleitend verbunden, wobei der Kühlkörper
40 mit der Leiterplatte 24 und einem die Leiterplatte 24
halternden Trägerelement 42 eine vormontierte Baugruppe 44
bildet.
Diese vormontierte Baugruppe 44 ist in den Fig. 3 und 4
vergrößert dargestellt. Hieraus ist zu erkennen, daß die
Leistungshalbleiter 28 auf der dem Motorflansch 4 abge
kehrten und der Leiterplatte 24 zugekehrten Seite des Kühl
körpers 40 auf diesem in wärmeleitendem Kontakt aufliegend
befestigt sind, und daß der Kühlkörper 40 auf der dem Stator
6 zugekehrten Innenseite 46 (siehe auch Fig. 1 und 6) des
Motorflansches 4 in wärmeleitendem Kontakt aufliegend mit
diesem verbunden, insbesondere verschraubt ist. Dabei ist
das Trägerelement 42 als Abstandhalter zwischen dem Kühl
körper 40 und der zu diesem parallel angeordneten Leiter
platte 24 angeordnet, wobei durch das Trägerelement 42 ein
lichter Abstand zwischen dem Kühlkörper 40 und der Leiter
platte 24 gewährleistet ist, der für die Unterbringung der
elektronischen Bauelemente 22 ausreichend groß ist (siehe
auch Fig. 4).
Vorzugsweise liegen die Leistungshalbleiter 28 mittelbar
über eine wärmeleitende, elektrisch isolierende, vorzugs
weise aus einem kreisringförmigen Folienzuschnitt 48 (siehe
auch Fig. 9) bestehende Schicht auf dem Kühlkörper 40 auf.
Hierdurch sind vorteilhafterweise die Leistungshalbleiter
28 gegeneinander isoliert, aber dennoch in gut wärmeleiten
dem Kontakt auf dem Kühlkörper 40 angeordnet.
Der ringscheibenförmige Kühlkörper 40, der in Fig. 8 in
Draufsicht dargestellt ist, besitzt eine zentrische, vor
zugsweise kreisförmige Öffnung 50 mit einem Durchmesser D 1.
Dieser Durchmesser entspricht etwa dem Durchmesser eines
Kreises, der eine beispielsweise dreieckförmige, auf der
Innenseite 46 des Motorflansches 4 gebildete Erhebung 52
(Fig. 6 und 7) umschreibt. Ferner entspricht auch die Dicke
des Kühlkörpers 40 mit vorzugsweise etwa 1,5 bis 3 mm etwa
der Höhe der Erhebung 52 des Motorflansches 4. Durch diese
erfindungsgemäße Ausgestaltung wird der Kühlkörper 40 an
dem Motorflansch 4 zentrisch positioniert gehalten, wobei
sich Befestigungsschrauben 54 (Fig. 1 und 2) durch Löcher
56 des Motorflansches 4 (Fig. 5 bis 7) in Gewindebohrungen
58 des Kühlkörpers 40 (Fig. 8) erstrecken. Ferner besitzt
der Motorflansch 4 auf der Innenseite 46 mehrere über die
Fläche verteilt angeordnete Positionierungsansätze 60 (Fig.
6 und 7), die in Löcher bzw. Ausnehmungen 62 (Fig. 8) des
Kühlkörpers 40 eingreifen. Durch eine spezielle Anordnung
dieser Positionierungsansätze 60 und Löcher bzw. Ausneh
mungen 62 wird erreicht, daß der Kühlkörper 40 nur in einer
ganz bestimmten, relativen Drehstellung mit dem Motor
flansch 4 verbunden werden kann, was für die in Umfangs
richtung ausgerichtete Anordnung des Hall-Elementes bzw.
der Hall-Elemente 30 von Bedeutung ist.
Gemäß Fig. 11 bis 13 weist das Trägerelement 42 erfindungs
gemäß einen Ringteil 64 auf, der unter Zwischenlage von
Befestigungslaschen 66 der Leistungshalbleiter 28 mit dem
Kühlkörper 40 verbunden, insbesondere verschraubt ist (siehe
auch Fig. 4). Für diese Verschraubung besitzt der Ringteil
64 des Trägerelementes 42 auf seiner dem Kühlkörper 40 abge
kehrten Seite im Bereich jedes Leistungshalbleiters 28 eine
kraft- und/oder formschlüssig in einer Halteaufnahme 68
gehalterte Schraubmutter 70 (siehe Fig. 4). Dabei erstreckt
sich jeweils eine Schraube 72 von der Flanschseite her durch
ein Loch 74 des Kühlkörpers 40 (Fig. 8), durch ein Loch 76
des wärmeleitenden Folienzuschnittes 48 (Fig. 9), ein nicht
bezeichnetes Loch der Befestigungslasche 66 des jeweiligen
Leistungshalbleiters 28 sowie durch ein Loch 78 des Ring
teils 64 des Trägerelementes 42 hindurch in ein Innengewinde
der Schraubmutter 70 (Fig. 4 und 11-13). Dabei liegen die
Köpfe der Schrauben 72 auf der dem Motorflansch 4 zugekehr
ten Oberfläche des Kühlkörpers 40 auf. Der Motorflansch 4
besitzt daher gemäß Fig. 7 auf der Innenseite 46 Aufnahme
vertiefungen 80 (Sacklöcher) zur Aufnahme der Schraubenköpfe
der Schrauben 72, so daß der Kühlkörper 40 auf der Innen
seite 46 des Motorflansches 4 zur Auflage kommen kann, ohne
daß die Schrauben 72 stören würden.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn der Ringteil 64 des
Trägerelementes 42 auf seiner dem Kühlkörper 40 zugekehrten
Seite im Bereich jeder Halteaufnahme 68 einen
mit dieser fluchtenden, röhrchenförmigen, das Schrauben-
Loch 78 umschließenden Ansatz 82 aufweist. Diese röhrchen
förmigen Ansätze 82 erstrecken sich durch die Löcher der
Befestigungslaschen 66 und durch die Löcher 76
des wärmeleitenden Folienzuschnittes 48 hindurch in die
Löcher 74 des Kühlkörpers 40 hinein, und zwar bis maximal
in den Bereich der an dem Motorflansch 4 anliegenden Ober
fläche des Kühlkörpers 40 (Fig. 4). Durch die röhrchen
förmigen Ansätze 82 wird bereits während der Montage eine
vorläufige Fixierung bzw. Halterung der Leistungshalbleiter
28 gewährleistet. Auch hierdurch vereinfacht sich die
Montage des erfindungsgemäßen Motors bzw. der vormon
tierten Baugruppe 44.
Der Ringteil 64 des Trägerelementes 42 besitzt im darge
stellten Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Außendurch
messer D 2, der kleiner als der Außendurchmesser D 3 des Kühl
körpers 40 ist. Hierdurch erstreckt sich der Kühlkörper 40
mit einem ringförmigen Flächenbereich radial über den Ring
teil 64 des Trägerelementes 42 nach außen. Auf diesem sich
radial über den Ringteil 64 des Trägerelementes 42 hinaus
erstreckenden Ringflächenbereich des Kühlkörpers 40 liegen
erfindungsgemäß die Leistungshalbleiter 28 auf (siehe Fig. 4).
In der dargestellten, besonders vorteilhaften Ausführungs
form der Erfindung ist die Leiterplatte 24 über mindestens
eine, vorzugsweise über drei umfänglich verteilt angeord
nete, schnappbare, Form- oder Kraftformschlußherstellende Verbindungen 84
an dem Trägerelement 42 gehaltert (Fig. 4). Wie insbeson
dere den Fig. 4 und 13 zu entnehmen ist, besteht jede der
schnappbaren Verbindungen 84 aus zwei sich von dem Träger
element 42 in Richtung der Leiterplatte 24 erstreckenden,
jeweils eine Auflagefläche 86 für die Leiterplatte 24 auf
weisenden Auflageansätzen 88 mit jeweils einem auf der
Auflagefläche 86 angeordneten, in eine Positionsöffnung 90
der Leiterplatte 24 eingreifenden Stiftansatz 92. Weiterhin
besteht die schnappbare Verbindung 84 aus einem sich
zwischen den Auflageansätzen 88 in Richtung der Leiterplatte
24 erstreckenden, mit einem hakenartigen Ende 94 in eine
Rastöffnung 96 der Leiterplatte 24 eingreifenden und deren
Öffnungsrand rastend hintergreifenden, federelastischen
Rastarm 98. Dabei entspricht der lichte Abstand zwischen
den Auflageflächen 86 der Auflageansätze 88 und der der
Leiterplatte 24 zugekehrten Fläche des hakenartigen Endes 94
des Rastarms 98 etwa der Dicke der Leiterplatte 24. Jeder
Rastarm 98 besitzt an seinem hakenartigen Ende 94 eine Ein
führabschrägung 100 (Fig. 4). Diese Einführabschrägung 100
bewirkt beim Aufstecken der Leiterplatte 24 mit den Posi
tionsöffnungen 90 auf die Stiftansätze 92 ein elastisches
Verbiegen der Rastarme 98, indem die Einführabschrägung 100
zur Anlage an den Öffnungsrand der Rastöffnung 96 kommt,
bis das hakenartige Ende 94 die Rastöffnung 96 hintergrei
fend zurückschnappt. In umgekehrter Weise ist auch ein
Lösen der Leiterplatte 24 von dem Trägerelement 42 durch
elastisches Verbiegen der Rastarme 98 möglich.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn sich eine der schnappba
ren Verbindungen 84 insbesondere hinsichtlich des gegensei
tigen Abstandes zwischen den beiden Auflageansätzen 88 mit
den Stiftansätzen 92 und den entsprechenden Positionsöffnun
gen 90 der Leiterplatte 24 von den anderen beiden schnapp
baren Verbindungen 84 unterscheidend ausgebildet ist. Hier
durch ist eine Montage der Leiterplatte 24 an dem Träger
element 42 nur in einer bestimmten relativen Drehstellung
möglich, was wiederum für die Ausrichtung des
oder der Hall-Elemente 30 am Umfang wichtig ist.
Gemäß Fig. 1 ist das Lagertragrohr 34 in den hohlzylindri
schen Innenraum des Stators 6 derart eingepreßt, daß es mit
seinem Montageende 36 den Stator 6 in Richtung des Motor
flansches 4 überragt. Das Montageende 36 des Lagertragroh
res 34 weist dabei im dargestellten Beispiel eine etwa
dreieckige Form auf. Entsprechend den Fig. 3, 11 und 12 ist
das Ringteil 64 des Trägerelementes 42 in seinem inneren
Ringbereich derart mit vorzugweise sekantenartigen Halte
stegen 102 versehen, daß eine etwa dreieckige Öffnung 104
entsteht, in die das Montageende 36 in montiertem Zustand
eingreift. Dabei sind im dargestellten Ausführungsbeispiel
der Erfindung die schnappbaren Verbindungen 84 jeweils ein
stückig an die Haltestege 102 angeformt. Jeder der Halte
stege 102 weist auf seiner der Mitte der Öffnung 104 des
Trägerelementes 42 zugekehrten Seite einen in axialer sowie
umfänglicher Richtung formschlüssig in eine Ausnehmung 106
an dem Montageende 36 des Lagertragrohrs 34 eingreifenden
bzw. einführbaren Halteansatz 108 auf (siehe hierzu auch
Fig. 1). Der Sinn dieser Ausgestaltung wird im folgenden
noch erläutert.
Gemäß Fig. 10 besitzt die Leiterplatte 24 eine mit der Öff
nung 104 des Trägerelementes 42 fluchtende Durchführungs
öffnung 110 für das Montageende 36 des Lagertragrohres 34.
In gleicher Weise besitzt gemäß Fig. 9 auch der wärmelei
tende Folienzuschnitt 48 eine entsprechende Durchführungs
öffnung 112.
Das Montageende 36 des Lagertragrohres 34 ist erfindungs
gemäß ebenfalls in einer definierten relativen Drehstel
lung an dem Motorflansch 4 befestigt. Hierzu besitzt das
Montageende 36 des Lagertragrohres 34 drei umfänglich
verteilt angeordnete, radiale Ansätze 114, die in Umfangs
richtung formschlüssig jeweils in einer Aufnahme 116 (Fig.
7) des Motorflansches 4 sitzen, wobei einer der radialen
Ansätze 114 des Montagendes 36 des Lagertragrohres 34
zusammen mit der entsprechenden Aufnahme 116 des Montage
flansches 4 eine größere Breite als die anderen Ansätze 114
und Aufnahmen 116 aufweist. Gemäß Fig. 7 ist jede Aufnahme
116 von zwei seitlich beabstandeten, auf der Erhebung 52
angeordneten Ansätzen 118 gebildet. Wie aus Fig. 1 zu
erkennen ist, weisen die radialen Ansätze 114 des Montage
endes 36 des Lagertragrohres 34 jeweils eine axiale Gewinde
bohrung 115 auf, in die zur Befestigung des Lagertragrohres
34 und damit auch des Stators 6 an dem Motorflansch 4 eine
Befestigungsschraube 117 durch ein Loch 119 des Motorflan
sches 4 (siehe Fig. 5 bis 7) eingreift.
Die in den Fig. 2 und 3 erkennbaren Anschlußleitungen 120
(bzw. entsprechende Einzel-Anschlußlitzen) sind an der
Leiterplatte 24 angeschlossen und durch eine Durchgangsöff
nung 122 des Motorflansches 4 nach außen geführt (siehe Fig.
2, 5 und 7). Da der Kühlkörper 40 und der Folienzuschnitt
48 zwischen dem Motorflansch 4 und der Leiterplatte 24 ange
ordnet sind, weisen auch diese gemäß Fig. 8 und 9 jeweils
eine am Rand befindliche, mit der Durchgangsöffnung 122 des Motor
flansches 4 fluchtende Durchführungsausnehmung 124 für die
Anschlußleitungen 120 auf.
Gemäß Fig. 1 und 6 besitzt der Motorflansch 4 vorteilhafter
weise einen sich in axialer Richtung bis etwa zu der Leiter
platte 24 erstreckenden Umfangsrand 126. Der Motorflansch
4 dient so erfindungsgemäß zur geschützten Aufnahme der
gesamten vormontierten Baugruppe 44 mit Ausnahme der (des) in
Richtung der Statorwicklungen ragenden Hall-Elemente(s) 30.
Zum Anschluß der Wicklungsdrahtenden 32 der Statorwicklungen
12 an die Leiterplatte 24 ist es vorteilhaft, wenn die
Leiterplatte 24 - wie dies in Fig. 10 zu erkennen ist -
Durchführschlitze 128 am Rand aufweist.
Das Trägerelement 42 besteht mit Vorteil aus Kunststoff,
wodurch eine Isolation zwischen dem Kühlkörper 40 und der
Leiterplatte 24 erreicht wird. Außerdem gewährleistet ein
Kunststoffmaterial die Federelastizität der Rastarme 98 der
schnappbaren Verbindungen 84 zwischen der Leiterplatte 24
und dem Trägerelement 42. Der Kühlkörper 40 besteht vor
zugsweise aus einem Metallblech mit einer Dicke von etwa
1,5-3 mm.
Die Montage des Motors ist aufgrund der erfindungsgemäßen
Ausgestaltung sehr einfach. Zunächst kann die in den Fig.
3 und 4 dargestellte Baugruppe 44 unabhängig von
der eigentlichen Motormontage vormontiert werden, indem
die Leiterplatte 24 mit den elektronischen Bauelementen 22
bestückt und nach Anschluß der Motoranschlußleitungen 120, über die
schnappbaren Verbindungen 84 rastend mit dem Trägerelement
42 verbunden wird. Anschließend wird der Kühlkörper 40
zusammen mit den Leistungshalbleitern 28 sowie der wärmelei
tenden, isolierenden Schicht bzw. dem Folienzuschnitt 48
mittels der in die klemmend gehalterten Schraubenmuttern 70 eingrei
fenden Schrauben 72 befestigt. Es erfolgt dann der Anschluß
der Leistungshalbleiter 28, indem deren Anschlüsse 26 an
der Leiterplatte 24 angelötet werden.
Unabhängig von dieser Vormontage der Ansteuer-Baugruppe 44
wird bei der Montage des Motors zunächst das Lagertragrohr
34 in das mit den Statorwicklungen 12 versehene Statorblech
paket 8 eingepreßt. Nun wird die vormontierte Baugruppe 44
auf das Montageende 36 des Lagertragrohrs 34 aufgeschoben,
wobei die Halteansätze 108 der Haltestege 102 des Träger
elementes 42 formschlüssig in die Ausnehmungen 106 des Mon
tageendes 36 des Lagertragrohres 34 eingeführt werden, was
eine vorläufige Halterung der vormontierten Baugruppe 44 an dem Stator 6
bzw. dem Lagertragrohr 34 gewährleistet. Die Wicklungs
drahtenden 32 der Statorwicklungen 12 werden dann durch
die Durchführschlitze 128 der Leiterplatte 24 geführt und
an dieser angeschlossen. Es wird nun der Motorflansch 4
auf die vormontierten Ansteuer-Baugruppe 44 aufgesetzt, wobei die
Anschlußleitungen 120 durch die Durchgangsöffnung 122 nach
außen geführt wird. Abschließend wird der Motorflansch
einerseits mit dem Kühlkörper 40 über die Befestigungs
schrauben 54 sowie andererseits mit dem Lagertragrohr 34
über die Befestigungsschrauben 117 verschraubt (siehe
insbesondere Fig. 1).
Es erfolgt abschließend die Montage von nicht dargestellten
Lagerelementen, indem diese beidseitig in das Lagertragrohr
34 eingepreßt werden, sowie die Montage des Außenläufers 14
über eine ebenfalls nicht dargestellte, in den Lager
elementen geführte Welle.
Claims (23)
1. Kollektorloser Gleichstrom-Außenläufermotor,
bestehend aus einem an einem Motorflansch befestigten
Stator mit Statorwicklungen, einem den Stator auf
seiner dem Motorflansch abgekehrten Seite umschließen
den Außenläufer sowie einer elektronischen, die Stator
wicklungen ansteuernden Schaltungsanordnung mit
einer flanschseitig dem Stator zugekehrt angeordneten,
elektronische Bauelemente tragenden Leiterplatte sowie
mit an der Leiterplatte elektrisch angeschlossenen, in
wärmeleitendem Kontakt mit dem Motorflansch angeordne
ten Leistungshalbleitern,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Leistungshalbleiter (28) mittelbar über einen ring
scheibenförmigen Kühlkörper (40) mit dem Motorflansch
(4) wärmeleitend verbunden sind, wobei der Kühlkörper
(40) mit der Leiterplatte (24) und einem die Leiter
platte (24) halternden Trägerelement (42) eine vor
montierte Baugruppe (44) bildet, wobei die Leistungs
halbleiter (28) auf der dem Motorflansch (4) abgekehrten
und der Leiterplatte (24) zugekehrten Seite des
Kühlkörpers (40) auf diesem in wärmeleitendem Kontakt
aufliegend befestigt sind, und wobei der Kühlkörper
(40) auf der dem Stator (6) zugekehrten Innenseite
(46) des Motorflansches (4) in wärmeleitendem Kontakt
aufliegend mit diesem verbunden ist.
2. Außenläufermotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Kühlkörper (40) mit dem Motorflansch (4) verschraubt
ist.
3. Außenläufermotor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Leistungshalbleiter (28) mittelbar über eine wärmelei
tende, elektrisch isolierende, vorzugsweise aus einem
kreisringförmigen Folienzuschnitt (48) bestehende
Schicht auf dem Kühlkörper (40) aufliegen.
4. Außenläufermotor nach einem der
Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Trägerelement (42) als Abstandhalter zwischen dem
Kühlkörper (40) und der zu diesem parallel angeord
neten Leiterplatte (24) angeordnet ist.
5. Außenläufermotor nach einem der
Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Trägerelement (42) einen Ringteil (64) aufweist, der
unter Zwischenlage von Befestigungslaschen (66) der
Leistungshalbleiter (28) mit dem Kühlkörper (40)
verbunden, insbesondere verschraubt, ist.
6. Außenläufermotor nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Ringteil (64) des Trägerelementes (42) auf seiner dem
Kühlkörper (40) abgekehrten Seite im Bereich jedes
Leistungshalbleiters (28) eine kraft- und/oder form
schlüssig in einer Halteaufnahme (68) gehalterte
Schraubmutter (70) aufweist, wobei sich jeweils eine
Schraube (72) durch ein Loch (74) des Kühlkörpers
(40), vorzugsweise ein Loch (76) des wärmeleitenden
Folienzuschnittes (48), ein Loch der Befestigungs
lasche (66) des Leistungshalbleiters (28) sowie ein
Loch (78) des Ringteils (64) des Trägerelementes (42)
in das Innengewinde der Schraubmutter (70) erstreckt.
7. Außenläufermotor nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Ringteil (64) des Trägerelementes (42) auf seiner dem
Kühlkörper (40) zugekehrten Seite im Bereich jeder
Halteaufnahme (68) einen mit dieser
fluchtenden, röhrchenförmigen, das Loch (78)
umschließenden Ansatz (82) aufweist, wobei sich diese
röhrchenförmigen Ansätze (82) durch die Löcher der
Befestigungslasche (66) und vorzugsweise
die Löcher (76) des wärmeleitenden Folienzuschnittes
hindurch in die Löcher (74) des Kühlkörpers (40) bis
maximal in den Bereich der an dem Motorflansch (4)
anliegenden Oberfläche des Kühlkörpers (40) erstrecken.
8. Außenläufermotor nach einem der
Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Leistungshalbleiter (28) mit Ausnahme der Befestigungs
laschen (66) auf einem sich radial über den Ringteil
(64) des Trägerelementes (42) hinaus erstreckenden
Ringflächenbereich des Kühlkörpers (40) aufliegen.
9. Außenläufermotor nach einem der
Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Leiterplatte (24) über mindestens eine, vorzugsweise
über drei umfänglich verteilt angeordnete, schnappbare
Form- oder Kraftformschluß herstellende Verbindungen (84) an dem
Trägerelement (42) gehaltert ist.
10. Außenläufermotor nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß jede
schnappbare Verbindung (84) aus zwei sich von dem
Trägerelement (42) in Richtung der Leiterplatte (24)
erstreckenden, jeweils eine Auflagefläche (86) für die
Leiterplatte (24) aufweisenden Auflageansätzen (88)
mit jeweils einem auf der Auflagefläche (86) angeord
neten, in eine Positionsöffnung (90) der Leiterplatte
(24) eingreifenden Stiftansatz (92) sowie aus einem
sich zwischen den Auflageansätzen (88) in Richtung der
Leiterplatte (24) erstreckenden, mit einem hakenarti
gen Ende (94) in eine Rastöffnung (96) der Leiter
platte (24) eingreifenden und deren Öffnungsrand
hintergreifenden, federelastischen Rastarm (98)
besteht.
11. Außenläufermotor nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß eine
der schnappbaren Verbindungen (84) sich insbesondere
hinsichtlich des gegenseitigen Abstandes zwischen den
beiden Auflageansätzen (88) mit den Stiftansätzen (92)
und den entsprechenden Positionsöffnungen (90) der
Leiterplatte (24) von den anderen beiden schnappbaren
Verbindungen (84) unterscheidend ausgebildet ist.
12. Außenläufermotor nach einem der
Ansprüche 5 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Ringteil (64) des Trägerelementes (42) in seinem
inneren Ringbereich mehrere, vorzugsweise drei, über
den Umfang verteilt angeordnete, sekantenartige Halte
stege (102) derart aufweist, daß das Trägerelement
(42) eine von der Kreisform unterschiedliche, vorzugs
weise etwa dreieckförmige, dem Querschnitt eines den
Stator (6) in Richtung des Motorflansches (4) über
ragenden Montageendes (36) eines in den Stator (6)
eingepreßten Lagertragrohres (34) im wesentlichen
entsprechende Öffnung (104) umschließt.
13. Außenläufermotor nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder
der Haltestege (102) auf seiner der Öffnung (104) des
Trägerelementes (42) zugekehrten Seite einen in
axialer sowie umfänglicher Richtung formschlüssig in
eine Ausnehmung (106) des Montageendes (36) des
Lagertragrohres (34) eingreifenden Halteansatz (108)
aufweist.
14. Außenläufermotor nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Leiterplatte (24) eine mit der Öffnung (104) des
Trägerelementes (42) fluchtende Durchführungsöffnung
(110) für das Montageende (36) des Lagertragrohres
(34) aufweist.
15. Außenläufermotor nach einem der
Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Montageende (36) des Lagertragrohres (34) in einer
definierten relativen Drehstellung an dem Motorflansch
(4) befestigt ist.
16. Außenläufermotor nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Montageende (36) des Lagertragrohres (34) mehrere, vor
zugsweise drei umfänglich verteilt angeordnete, radiale
Ansätze (114) aufweist, die in Umfangsrichtung form
schlüssig jeweils in einer Aufnahme (116) des Motor
flansches (4) sitzen, wobei vorzugsweise einer der
radialen Ansätze (114) des Montageendes (36) des Lager
tragrohres (34) zusammen mit der entsprechenden Auf
nahme (116) des Motorflansches (4) eine von den ande
ren radialen Ansätzen (114) unterschiedliche Breite aufweist.
17. Außenläufermotor nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß die
radialen Ansätze (114) des Montageendes (36) des Lager
tragrohres (34) jeweils eine axiale Gewindebohrung
(115) aufweisen, in die eine Befestigungsschraube (117)
durch ein Loch (119) des Motorflansches (4) eingreift.
18. Außenläufermotor nach einem der
Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Kühlkörper (40) am Rand eine Durchführungsausneh
mung (124) im Bereich von einer oder mehreren an der
Leiterplatte (24) angeschlossenen Anschlußleitungen
(120) aufweist.
19. Außenläufermotor nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Motorflansch (4) eine mit der Durchführungsausnehmung
(124) des Kühlkörpers (40) fluchtende Durchgangs
öffnung (122) aufweist.
20. Außenläufermotor nach einem der
Ansprüche 1 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Motorflansch (4) einen sich in axialer Richtung bis
etwa zu der Leiterplatte (24) erstreckenden Umfangs
rand (126) aufweist.
21. Außenläufermotor nach einem der
Ansprüche 1 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Leiterplatte (24) randliche Durchführschlitze (128)
für Wicklungsdrahtenden (32) des Stators (6) auf
weist.
22. Außenläufermotor nach einem der
Ansprüche 1 bis 21,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Trägerelement (42) aus Kunststoff besteht.
23. Außenläufermotor nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 22,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Kühlkörper (40) aus einem Metallblech mit einer Dicke
von etwa 1,5 bis 3 mm besteht.
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