Elektromotor
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Elektromotor, insbesondere für Gebläse in Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, die Steuerelektronik zur elektronischen Drehzahlsteuerung des Gebläses und entsprechende
Elektronikbauteile zur Entstörung des Motors in ein spritzwassergeschützes Elektronikgehäuse unterzubringen und den elektrischen Anschluß zum Motor über ein aus dem Elektronikgehäuse herausgeführtes Kabel herzustellen. Das Elektronikgehäuse ist als separates Bauteil an einer Zarge des von dem Elektromotor angetriebenen Gebläses oder Lüfters befestigt.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß der Elektromotor mit kompletter Elektronik als vormontierte Baueinheit verfügbar ist, die nur noch mit dem Gebläsegehäuse und dem Gebläserad des Gebläses gekoppelt werden muß. Ein vereinzeltes Elektronikgehäuse wird eingespart und die elektrische Verbindung zum Stator und/oder Rotor des Elektromotors, z.B. zu den Bürsten des als Kommutatormotor ausgeführten
Elektromotors, kann direkt ohne Kabel und Kabeldurchführung gestaltet werden. Wird dabei bevorzugt mindestens eines der beiden Gehäuseteile des zweiteiligen Elektronikgehäuses einstückig an einer Gehäusekomponente angeformt, also an das Polgehäuse oder an den Lagerdeckel, so wird eines der beiden separaten Gehäuseteile eingespart und auch die Montage vereinfacht . Insgesamt wird dadurch eine Senkung der Fertigungskosten erzielt.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Elektromotors möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das eine Gehäuseteil des Elektronikgehäuses als vom
Motorgehäuse radial abstehende Bodenschale und das andere Gehäuseteil des Elektronikgehäuses als die Bodenschale dicht abschließender Deckel ausgebildet. Hierbei wird bevorzugt der Deckel des Elektronikgehäuses an dem Lagerdeckel und die Bodenschale des Elektronikgehäuse am Polgehäuse des
Motorgehäuses jeweils einstückig angeformt. Das
Elektronikgehäuse wird somit ohne jegliches zusätzliches Bauteil realisiert, wodurch die Montagekosten minimiert werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das eine Gehäuseteil von dem Lagerdeckel selbst gebildet, auf dem das andere, als Gehäusekappe ausgebildete Gehäuseteil aufgespannt ist. Eine solche konstruktive Gestaltung ist dann von Vorteil, wenn genügend großer axialer Bauraum zum Einbau des Elektromotors zur Verfügung steht. Bei dieser konstruktiven Gestaltung muß nur noch die Gehäusekappe als Einzelteil hergestellt werden. Wird diese aus Metall gefertigt, so kann sie eine zusätzliche Funktion als Kühlkörper für Bauteile der Elektronik übernehmen. Dabei können die Elektronikbauteile entweder direkt auf dem Kappenboden der Gehäusekappe angeordnet oder auf den Lagerdeckel selbst montiert werden. Im letzten Fall ist eine wärmeleitende Verbindung der Elektronik zu der Gehäusekappe erforderlich .
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Gehäusekappe nur in einem zentralen Bereich des Lagerdeckels aufgesetzt, so daß im randseitigen Bereich des Lagerdeckels ein Lochkreis mit Belüftungslöchern für die Motorbelüftung vorgesehen werden kann.
Wird als Elektromotor ein Kommutatormotor eingesetzt, so kann in allen Fällen der Lagerdeckel des Motorgehäuses zugleich als Bürstenträger verwendet werden, wodurch eine räumlich enge Anordnung von Elektronik und Bürsten erzielt wird und
die elektrische Verbindung durch kurze Leiterstege realisiert werden kann.
Zeichnung
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines als Kommutatormotor ausgeführten Elektromotors mit teilweise aufgeschnittenem Motorgehäuse und Stator,
Fig. 2 einen Längsschnitt von Motorgehäuse und Elektronikgehäuse,
Fig. 3 jeweils eine gleiche Darstellung wie in Fig. 2 bis 7 von fünf verschiedenen Ausführungsbeispielen,
Fig. 8 ausschnittweise eine perspektivische
Darstellung einer möglichen Verbindung zwischen Elektronik- und Motorgehäuse,
Fig. 9 eine perspektivische Darstellung eines Elektronikgehäuses gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel ,
Fig. 10 ausschnittweise eine Modifikation der
Führungsschienen im Elektronikgehäuse gemäß Fig. 9,
Fig. 11 ausschnittweise eine modifizierte
Führungsschiene im Elektronikgehäuse gemäß Fig. 9 in Stirnansicht (Fig. 11a) und Seitenansicht (Fig. 11b) ,
Fig. 12 ausschnittweise eine Seitenansicht eines
Steckerkontakts im Elektronikgehäuse vor der Montage (Fig. 12a) und nach der Montage in das Elektronikgehäuse (Fig. 12b) ,
Fig. 13 eine Unteransicht von Lagerdeckel des
Motorgehäuses und Elektronikgehäuse gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Fig. 14 ausschnittweise einen Längsschnitt von
Motorgehäuse und Elektronikgehäuse mit darin enthaltener Elektronik gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel .
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Der in Fig. 1 in Seitenansicht skizzierte Elektromotor ist als Kommutatormotor, vorzugsweise als Gleichstrommotor mit Permanentmagneterregung, ausgeführt und dient zum Antrieb eines Kühlgebläses in einem Kraftfahrzeug. Der Elektromotor weist ein Motorgehäuse 10 auf, welches als Gehäusekomponenten ein Polgehäuse 11 und einen kappenförmigen Lagerdeckel 12 umfaßt, der an die Stirnseite des Polgehäuses 11 angesetzt ist und bei einer topfförmigen Ausbildung des Polgehäuses 11 dessen TopfÖffnung abschließt. Im Lagerdeckel 12 ist ein hier nicht dargestelltes Drehlager integriert, in dem das eine
Ende einer Rotorwelle 13 aufgenommen ist. Das andere Ende der Rotorwelle 13 ragt aus dem Motorgehäuse 10 heraus und dient zur Ankopplung eines in einem Gebläsegehäuse drehbar gelagerten Gebläserads . Auf der Rotorwelle 13 sitzt in bekannter Weise drehfest ein Anker oder Rotor 14 mit einem lameliierten Anker- oder Rotorkörper 141 und einer darin eingelegten Rotorwicklung 15, der unter Belassung eines Luftspaltes von einem in Fig. 1 nicht dargestellten, im Polgehäuse 11 gehaltenen Stator umschlossen ist. Auf der Rotorwelle 13 sitzt drehfest ein Kommutator 16, an dessen
Kommutatorlamellen die einzelnen Spulen der Rotorwicklung 15 angeschlossen sind. Mindestens zwei diametral angeordnete Kommutatorbürsten 17 werden durch Federkraft radial auf den Kommutator 16 aufgepreßt und sind elektrisch mit einer Elektronik 20 zur elektronischen Drehzahlsteuerung und mit Steckkontakten 27 (Fig. 8) eines Anschlußsteckers verbunden. Jede Kommutatorbürste 17 ist in einem Bürstenköcher 18 axial verschieblich aufgenommen. Die Bürstenköcher 18 sind in radialer Ausrichtung zum Kommutator 16 an einem Bürstenträger 19 befestigt, der in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 scheibenförmig ausgebildet und im Polgehäuse 11 drehfest aufgenommen ist.
Die in Fig. 2 schematisch mit einzelnen Elektronikbauteilen skizzierte Elektronik 20 ist in einem Elektronikgehäuse 21 angeordnet, das radial am Motorgehäuse 10 angesetzt ist. Das Elektronikgehäuse 21 ist zweiteilig ausgeführt, wobei mindestens ein Gehäuseteil 211 bzw. 212 an einer Gehäusekomponente des Motorgehäuses 10, also am Polgehäuse 11 oder am Lagerdeckel 12, festgelegt ist. In den
Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 2 und 4 bis 7 ist dabei
mindestens ein Gehäuseteil 211 bzw. 212 des
Elektronikgehäuses 21 an einer Gehäusekomponente 11, 12 des Motorgehäuses 10 einstückig angeformt und das andere Gehäuseteil 212 bzw. 211 fest mit diesem Gehäuseteil 211 bzw. 212 verbunden, wobei die Verbindung - wie noch nachstehend näher erläutert wird - in verschiedener Weise vorgenommen werden kann.
In den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 bis 7 ist das eine Gehäuseteil 211 des Elektronikgehäuses 21 als eine vom Motorgehäuse 10 radial abstehende Bodenschale 22 und das andere Gehäuseteil 212 des Elektronikgehäuses 21 als ein die Bodenschale 22 dicht abschließender, kappenförmiger Deckel 23 ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist der Deckel 23 einstückig an den Lagerdeckel 12 angeformt und die Bodenschale 22 in das Polgehäuse 11 eingehängt.
Eine Möglichkeit der Einhängung der Bodenschale 22 in das Polgehäuse 11 ist in Fig. 8 dargestellt. Das Polgehäuse 11 weist hierzu einen von seinem Öffnungsrand ausgehenden
Einschnitt 24 und die Bodenschale 22 einen entsprechenden Einschnitt 25 in ihrer an dem Polgehäuse 11 anliegenden Rückwand 221 auf. Umlaufend um diesen Einschnitt 25 ist an der Rückwand 221 ein abstehender Falz 222 ausgebildet, der beim Einsetzen der Bodenschale 22 mit ihrem Einschnitt 25 in den Einschnitt 24 des Polgehäuses 11 die Polgehäusewand hintergreift und so die radial vom Polgehäuse 11 abstehende Bodenschale 22 festsetzt. Durch die kongruenten Einschnitte 24, 25 hindurch wird die in der Bodenschale 22 befestigte Elektronik 20 mit den Kommutatorbürsten 17 über stabile Leiterstege 261 (Fig. 2) elektrisch kontaktiert. Die
elektrische Stromversorgung zur Elektronik 20 und den Kommutatorbürsten 17 erfolgt über einen an der Vorderwand 223 der Bodenschale 22 angeordneten Anschlußstecker mit Steckergehäuse 26 und Steckerkontakten 27, die flüssigkeitsdicht aus der Bodenschale 22 herausgeführt sind. Wie in Fig. 12 dargestellt ist, ist zur Abdichtung der Steckerkontakte 27 in die Bodenschale 22 eine die innere Öffnung des Steckergehäuses 26 überdeckende Gummimanschette 28 mit einer schlitzförmigen Lochung 281 eingesetzt, deren Schlitzlänge wenig größer ist als die kleinste Abmessung eines sich verjüngenden Abschnitts 271 der Steckerkontakte 27 nahe deren freiem Ende. Wird ein Steckerkontakt 27 durch die Lochung 281 hindurchgesteckt (Fig. 12a) so legt sich die Gummimanschette 28 dicht an den verjüngten Abschnitt 271 des Steckerkontaktes 27 an (Fig. 12b) .
Nach Einhängen der mit der Elektronik 20 versehenen Bodenschale 22 in das Polgehäuse 11 und Herstellung des elektrischen Kontaktes zwischen der Elektronik 20 und den Kommutatorbürsten 17 wird der Lagerdeckel 12 mit dem daran einstückig angeformten Deckel 23 des Elektronikgehäuses 21 auf den Öffnungsrand des Polgehäuses 11 aufgesetzt (Fig. 2). Zwischen dem Öffnungsrand des Polgehäuses 11 und dem Lagerdeckel 12 ist ein umlaufendes Nut-Feder-Labyrinth 29 vorhanden, das für die Dichtheit zwischen Polgehäuse 11 und Lagerdeckel 12 sorgt. Der an den Lagerdeckel 12 angeformte Deckel 23 des Elektronikgehäuses 21 ist mittels einer Schnappverbindung 30 an der Bodenschale 30 befestigt.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist die Bodenschale 22 ebenfalls, wie vorstehend beschrieben, in das Polgehäuse 11
eingehängt. Der Deckel 22 des Elektronikgehäuses 21 ist als separates Teil ausgeführt und nach Bestückung der Bodenschale 22 mit der Elektronik 20 in die Bodenschale 22 eingepreßt oder eingeschnappt (Schnappverbindung 30) .
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist die Bodenschale 22 einstückig an dem Polgehäuse 11 angeformt. Der als separates Kunststoffteil ausgeführte Deckel 23 des Elektronikgehäuses 21 ist einerseits mit einem Nut-Feder-Labyrinth 31 mit der Bodenschale 22 flüssigkeitsdicht zusammengesetzt und andererseits mit einer Schnapp- oder Preßverbindung 30 mit der Bodenschale 22 verbunden. Der auf das Polgehäuse 11 aufgesetzte Lagerdeckel 12 ist mittels des Nut-Feder-, Labyrinth 29 gegenüber dem Polgehäuse 11 abgedichtet und mittels einer gleichen Schnappverbindung an diesem festgelegt .
Bei dem in Fig. 5 ausschnittweise im Schnitt dargestellten Ausführungsbeispiel ist wiederum die Bodenschale 22 an dem Polgehäuse 11 einstückig angeformt. Der Deckel 23 des
Elektronikgehäuses 21 ist wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 einstückig an dem Lagerdeckel 12 angeformt. Lagerdeckel 12 und Polgehäuse 11 sind durch das Nut-Feder- Labyrinth 29 und Gehäuseschale 22 und Deckel 23 des Elektronikgehäuse 21 durch das Nut-Feder-Labyrinth 31 flüssigkeitsdicht miteinander verbunden.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 ist die Bodenschale 22 einstückig am Lagerdeckel 12 angeformt. Der Deckel 23 des Elektronikgehäuses 21 ist als separates Kunststoffteil - wie bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4 - mittels eines Nut-
Feder-Labyrinths 31 auf die Bodenschale 22 aufgesetzt und mittels der Schnappverbindung 30 in dieser verrastet.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 ist der Deckel 23 des Elektronikgehäuses 21 in Form einer Kappe einstückig an das Polgehäuse 11 angeformt. Die Bodenschale 22 ist von unten an den Deckel 23 angesetzt. Deckel 23 und Bodenschale 22 sind wiederum über das Nut-Feder-Labyrinth 31 dicht miteinander verbunden. In dem Kappenrand des wiederum kappenförmigen Lagerdeckels 12 ist ein Durchbruch (hier nicht gezeigt) für die elektrische Verbindung zwischen Elektronik 20 und Kommutatorbürsten 17 vorgesehen.
In Fig. 9 ist ein modifiziertes Elektronikgehäuse 21 schematisch in Perspektive dargestellt. Die Anbindung an das Polgehäuse 11 und an den Lagerdeckel 12 ist der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Das Nut-Feder- Labyrinth, das Bodenschale 22 und Deckel 23 des Elektronikgehäuses 21 flüssigkeitsdicht miteinander verbindet, dient gleichzeitig der Festlegung der beiden
Gehäuseteile 211 und 212. Hierzu sind innen in der Bodenschale 22 zwei Führungsschienen 32 angeformt, die mit Parallelabstand U-förmig umlaufen, sich also über drei Randseiten der Bodenschale 22 erstrecken. Die eine Führungsschiene 32 ist dabei unmittelbar am offenen Rand der Bodenschale 22 angeordnet. Zwischen die beiden U-förmig umlaufenden Führungsschienen 32 ist der als ebene Platte ausgebildete Deckel 23 des Elektronikgehäuses 21, auf dem die Elektronik 20 angeordnet ist, randseitig einschiebbar. Wird das von den Führungsschienen 32 und dem Rand des darin eingeschobenen Deckels 23 gebildete Nut-Feder-Labyrinth mit
einem Schwalbenschwanzprofil ausgeführt, so kann eine zusätzliche Verspannung beider Gehäuseteil 211, 212 erreicht werden. Die Dichtheit des Nut-Feder-Labyrinths wird erhöht, wenn zwischen den Führungsschienen 32 eine Schälrippe 33 vorgesehen wird, wie dies in Fig. 11 ausschnittweise dargestellt ist.
Wie Fig. 10 zeigt, können die Führungsschienen 32 mit Aussparungen 34 versehen werden, wobei die Aussparungen 34 in den parallelen Führungsschienen 32 zueinander versetzt angeordnet sind. Durch diese Gestaltung der Führungsschienen 32 kann die aus Kunststoff gefertigte Bodenschale 22 mit den Führungsschienen 32 ohne Schieber gespritzt werden.
Bei Motorbauarten, bei welchen das über den runden
Motorgehäuse-Grundriß hinausragende Elektronikgehäuse 21 zuvor vorhandenen Bauraum für z.B. Haltearme vom Motor zum Fahrzeug oder für Luftströme zum Abführen von Konvektionswärme vom Elektromotor versperrt, ist das Elektronikgehäuse 21 mittels voneinander in Umfangsrichtung beabstandeter Stege 35, 36 mit radialem Abstand vom Motorgehäuse 10 befestigt. Diese Art der Anordnung des Elektronikgehäuses 21 ist in Fig. 13 dargestellt, wobei Fig. 13 eine Unteransicht des Lagerdeckels 12, der hier zugleich die Funktion eines Bürstenträgers übernimmt, zeigt. Die Köcher 18 mit den Kommutatorbürsten 17 sind auf der Unterseite des Lagerdeckels 12 befestigt, der auch eine an der Unterseite eingeformte Lagerschale 37 zur Aufnahme des Drehlagers für die Rotorwelle 13 aufweist. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 13 ist der Deckel 23 des
Elektronikgehäuses 21 an dem Lagerdeckel 12 mittels der
genannten Stege 35, 36 angebunden und die Bodenschale 22 am Deckel 23 befestigt. Alternativ kann auch die Bodenschale 22 an dem Polgehäuse 11 über die Stege 35, 36 angebunden sein und der Deckel 23 des Elektronikgehäuses 21 an der Bodenschale 22 befestigt werden. Die Stege 35, 36 können dabei mit dem einen oder anderen der Gehäuseteile 211, 212 des Elektronikgehäuses 21 oder mit einer der Gehäusekomponenten 11 oder 12 einstückig ausgeführt sein. Nach wie vor kann mindestens ein Gehäuseteil 211, 212 des Elektronikgehäuses 21 zusammen mit den Stegen 35, 36 an einer Gehäusekomponente 11, 12 des Motorgehäuses 10 angeformt sein.
In Fig. 14 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Elektromotors ausschnittweise im Längsschnitt dargestellt. Hier wird das eine Gehäuseteil 212 von dem Lagerdeckel 12 selbst gebildet, und das andere Gehäuseteil 211, das als eine Gehäusekappe 38 ausgebildet ist, ist auf dem Lagerdeckel 12 befestigt und überdeckt dabei nur einen zentralen Bereich des Lagerdeckels 12. In dem zwischen der Gehäusekappe 38 und dem Rand des Lagerdeckels 12 verbleibenden Bereich sind im Lagerdeckel 12 auf einem Teilerkreis angeordnete Abluftöffnungen 39 zur Belüftung des Elektromotors bzw. zur Abfuhr von Warmluft aus dem Innern des Motorgehäuses 10 eingearbeitet. Die Gehäusekappe 38 ist mit ihrem Kappenrand 381 auf den Lagerdeckel 12 außen aufgesetzt und ragt mit
Befestigungselementen 40 durch entsprechende Ausnehmungen im Lagerdeckel 12 hindurch. Diese Befestigungselemente 40 sind auf der Innenseite des Lagerdeckels 12 verstemmt.
Der Lagerdeckel 12 übernimmt gleichzeitig die Funktion des Bürstenträgers. Von den insgesamt vier jeweils um 90°
Umfangswinkel gegeneinander versetzten, bei montiertem Rotor 14 auf dem Kommutator 16 aufliegenden Kommutatorbürsten 17 sind in Fig. 14 drei zu sehen, die jeweils in einem Köcher 18 axial verschieblich geführt sind. Die Köcher 18 sind auf der Innenseite des Lagerdeckels 12 befestigt. Die elektrische Verbindung zwischen der Elektronik 20 und den Kommutatorbürsten 17 ist durch Kontaktstege 41 hergestellt, die in dem von der Gehäusekappe 38 überdeckten Bereich des Lagerdeckels 12 durch diesen hindurchgeführt sind. Die Gehäusekappe 38 ist aus gut wärmeleitendem Material, z.B. Metall, hergestellt. Damit kann die Gehäsuekappe 38 zur Abfuhr der von der Elektronik 20 erzeugten Konvektionswärme sowie als Kühlkörper für einige der elektronischen Bauteile genutzt werden. Die Elektronik 20 ist hierzu vorteilhaft auf dem Kappenboden 382 der Gehäusekappe 38 angeordnet. Im
Ausführungsbeispiel der Fig. 14 ist dagegen die Elektronik 20 , auf dem Lagerdeckel 12 festgelegt. Um in diesem Fall die Gehäusekappe 38 als Kühlkörper nutzen zu können, ist zwischen dem oder den elektronischen Bauteilen mit Kühlkörperbedarf und der Gehäusekappe 38 eine wärmeleitende Brücke 42 angeordnet. Der Lagerdeckel 12 ist wiederum auf der Stirnseite des Polgehäuses 11 aufgesetzt und über ein Nut- Feder-Labyrinth 29 abgedichtet. Diese konstruktive Ausführung des Elektromotors ist für solche Anwendungsfälle besonders geeignet, in welchen kein über den runden Umriß des
Motorgehäuses 10 hinausgehender Einbauraum zur Verfügung steht .