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1. (WO2008086964) GLEICHSTROMMOTOR IN KOMPAKTBAUWEISE
Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

Gleichstrommotor in Kompaktbauweise

Die Erfindung betrifft einen sensorgesteuerten, bürstenlosen Gleichstrommotor, insbesondere für den Einsatz bei elektrisch verstellbaren Fahrzeugsitzen.

Dieser Motortyp kommt bereits in anderen Bereichen, wie der industriellen Fertigungstechnik oder der Medizintechnik, zum Einsatz. Er umfasst einen Permanentmagnete aufweisenden Rotor, sowie einen mehrere, ein
elektromagnetisches Drehfeld erzeugende Spulen enthaltenden Stator, weiterhin eine die Position oder Drehung des Rotors erfassende Sensorik, meist auf Basis von Hallsensoren, sowie eine das Drehfeld und damit die Rotorbewegung beeinflussende Steuerelektronik.

Dabei sind diese Funktionselemente mit Ausnahme des Rotors traditionell separat vorgesehen, und zwar als ringartige Lagen, die beim Zusammenbau des Motors während seiner Produktion aneinandergrenzend gefügt werden, wobei gedachte Trennebenen zwischen den Lagen teilweise durchbrochen werden; zum Beispiel durch in einer der Transistorbauform TO 92 ähnelnden Bauweise ausgebildete Hallsensoren, deren Verbindungsdrähte zur Kontaktierung auf einem gemeinsamen Trägerring befestigt sind, während die Sensorköpfe sich in die Feldspulenlage hinein erstrecken. Beispiele für bekannte bürstenlose
Gleichstromelektromotoren sind aus den Druckschriften DE 103 15 871 A1 , DE 100 18 230 A1 , JP 0802366 A sowie DE 10 2005 021 726 A1 bekannt.

Diese Motorbauform mit einer Vielzahl separat zu fügender Teile ist der leichten Abänderbarkeit von Teilen für die Motorvariantenbildung geschuldet, hat aber den Nachteil, dass diverse elektrische Schnittstellen vorhanden sein müssen, was die Fehleranfälligkeit erhöht.

Da im Automobilbau insbesondere Komfort-Funktionen, wie eine elektrische Sitzverstellung, möglichst wartungsarm ausgelegt sein sollen, schlägt die
Anmelderin eine geänderte Bauweise für einen gattungsgemäßen Motor vor, der zudem kompakter ausgebildet sein kann.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen bürstenlosen Elektromotor mit einem
Rotormodul, mit einem Statormodul und mit einer Mehrzahl von Spulen, wobei das Statormodul zumindest teilweise mittels einer Ml D-Technologie (moulded
interconnected device) hergestellt vorgesehen ist, wobei das Statormodul
Befestigungselemente zur Befestigung der Mehrzahl von Spulen an dem
Statormodul aufweist und/oder wobei die Mehrzahl von Spulen und/oder eine
Mehrzahl von Magnetfeldsensoren mittels MID-Technologie (moulded interconnected device) in das Statormodul integriert vorgesehen ist. Hierdurch ist es in einfacher und vor allem montagetechnisch einfacher Weise möglich, dass eine Anzahl von herkömmlicherweise verwendeten Bauteilen - wie beispielsweise die Ringplatine, die Steuerelektronik, den Sensor-Träger, der Spulenträger und die dem Gehäuse zugehörige Grundplatte des Motors - zusammengefasst werden, so dass die
Montagekosten und die Herstellkosten reduziert werden können. Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, dass (im Statormodul) eine
Zusammenfassung der Ringplatine mit der Steuerelektronik, dem Sensor-Träger, dem Spulenträger und der dem Gehäuse zugehörigen Grundplatte des Motors zu einem gemeinsamen MID-Bauteil erfolgt. Der Fachmann versteht unter einem MID- Bauteil (bzw. einem mittels einer MID-Technologie hergestellten Bauteil) komplexe Formteile auf Kunststoffbasis, die in ihrer Herstellungsphase mit elektrisch wirkenden Bestandteilen, wie beispielsweise Leiterbahnen, ausgerüstet wurden. Bei der
Realisierung der Befestigung der Spulen am Statormodul mittels am Statormodul angeordneter Befestigungselemente, beispielsweise Rastbefestigungselemente oder Clipbefestigungselemente, kann eine Montage bzw. ein Zusammenbau des
Statormoduls mit den Spulen beispielsweise über eine einfache Clipmontage realisiert werden. Das als MID-Bauteil ausgeführte Statormodul bildet somit außenseitig einen einstückig ausgeführten Bestandteil des Motorgehäuses, welcher im Idealfall nur noch eines einseitigen Abschlusses durch den Lagerschild bedarf. Innenseitig dient es als Trägerstruktur für sämtliche elektrischen Leitungen und diskreten Bauteile, vorzugsweise auch als Halter, ggf. Wickelkörper, für die Feldspulen. Der Zusammenbau des erfindungsgemäßen Elektromotors geschieht dann durch Einführen des Rotors bzw. des Rotormoduls in das becherförmige MID-Bauteil; dabei kann das becherbodenseitige Rotorlager mit eingeführt und in eine
entsprechende Aussparung im Becherboden eingepasst werden; alternativ wurde es bereits während der Fertigung des MID-Bauteils mit integriert.

Besonders bevorzugt ist, dass die Mehrzahl von Spulen und/oder eine Mehrzahl von Magnetfeldsensoren mittels Ml D-Technologie (moulded interconnected device) in das Statormodul integriert vorgesehen ist. Hierdurch ist eine noch einfachere Montage des Elektromotors möglich.

Weiterhin ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Mehrzahl von Spulen und/oder die Mehrzahl von Magnetfeldsensoren einstückig mit dem Statormodul verbunden vorgesehen sind und/oder mittels Umspritzung mit dem Statormodul verbunden vorgesehen sind. Hierdurch kann ein weitgehender Schutz dieser teilweise empfindlichen Bauteile erzielt werden und es kann ferner eine bessere Verbindung des Statormoduls mit beispielsweise den Spulen erzielt werden. Durch die
Realisierung der Verbindung der Spulen mit dem Statormodul über eine Umspritzung (der Spulen) ist es erfindungsgemäß in besonders vorteilhafter weise möglich, dass auf Klebstoffe oder ähnliche Verbindungsstoffe zur Befestigung der Spulen am Statormodul verzichtet werden kann und somit auch die damit verbundenen
Probleme hinsichtlich der Stoffverträglichkeit bzw. der Recyclingfähigkeit vermieden werden.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Elektromotors mit einem Rotormodul, mit einem Statormodul und mit einer Mehrzahl von Spulen, wobei die Spulen zunächst mit dem Statormodul verbunden werden und anschließend das Statormodul und das Rotormodul miteinander verbunden werden, bzw. andererseits ein Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors mit einem Rotormodul und mit einem Statormodul, wobei zunächst das Statormodul mit einstückig integrierter Anordnung einer
Mehrzahl von Spulen und/oder einer Mehrzahl von Magnetfeldsensoren hergestellt wird und wobei anschließend das Statormodul und das Rotormodul verbunden werden, insbesondere ineinandergesteckt werden. Hierdurch lässt sich der erfindungsgemäße Elektromotor besonders einfach und kostengünstig montieren.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Figur 1 zeigt in schematischer Weise eine Explosionsdarstellung eines
erfindungsgemäßen Elektromotors.

In Figur 1 ist schematisch in Explosionsdarstellung ein erfindungsgemäßer
Elektromotor 10 dargestellt, der ein Rotormodul 11 und ein Statormodul 12 aufweist. Der Elektromotor ist als sogenannter bürstenloser Elektromotor 10, insbesondere als bürstenloser Gleichstrommotor 10, ausgebildet. Bürstenlos kommutierende Motoren, sogenannte BLDC-Motoren, haben statische Wicklungen oder Spulen 13 sowie sich drehende Magnete, die in des Rotormodul 11 integriert vorgesehen sind. Durch eine elektronische Schaltung und mittels einer Mehrzahl von Sensoren 19, insbesondere Magnetfeldsensoren 19, die bevorzugt als Hall-Sensoren bzw. Hall-Sonden ausgebildet sind, und/oder einem oder einer Mehrzahl von insbesondere optischen Positionssensoren, wird die Position des Ankers bzw. des Rotormoduls 11 erfasst. In Abhängigkeit von der Ankerposition wird ein Drehfeld in den Wicklungen bzw. Spulen 13 erzeugt, wodurch die Bewegung des Elektromotors über eine Wechselwirkung mit den Permanentmagneten des Rotormoduls 11 herbeigeführt wird, d.h. das Drehfeld sorgt für den Drehimpuls. Insgesamt ergibt sich durch die Verwendung von BLDC- Elektromotoren 10 die Möglichkeit eines sehr zuverlässigen und wartungsarmen Betriebs des Elektromotors 10, wobei darüber hinaus noch die Möglichkeit einer genauen Steuerung der Bewegung des Elektromotors 10 besteht.

Herkömmlicherweise ist die elektronische Schaltung auf einer Leiterplatte realisiert, wobei die Leitungsbahnen zur Kontaktierung der Spulen 13 und/oder der
Positionssensoren 19 bzw. Magnetfeldsensoren 19 separat mit der Leiterplatte bei der Montage verbunden werden müssen. Erfindungsgemäß sind alle oder zumindest die wesentlichen elektrischen Elemente bzw. elektrisch zu kontaktierenden Elemente und Bauteile entweder in dem Statormodul 12 fest, d.h. insbesondere einstückig, integriert oder aber sehr einfach - beispielsweise durch Einklipsen der Spulen 13 -integrierbar. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, dass die Montage des
Elektromotors stark vereinfacht wird. Das Statormodul 12 umfasst dann
beispielsweise neben dem Gehäusegrundkörper 15 bzw. dem Spulenträger 15 auch den Sensorträger 16, die Ringplatine 17 bzw. Leiterplatte 17 und die Grundplatte 18 des Elektromotors 10. Hierbei wird das Statormodul 12 erfindungsgemäß
insbesondere als sogenanntes MID-Bauteil ausgeführt. Hierfür können verschiedene Materialien

Erfindungsgemäß ist das Statormodul 12 unter Verwendung einer M I D-Technologie hergestellt. Für eine derartige Herstellung können verschiedene Materialien eingesetzt werden, bei denen es sich beispielsweise um Hochtemperatur- oder Konstruktionsthermoplaste handelt, die mit unterschiedlichsten
Oberflächenbeschichtungen versehen werden. Die Materialien für den Tragkörper werden dabei hinsichtlich der Verarbeitungs- und Gebrauchstemperaturen, eines Schlammschutzes, den mechanischen und elektrischen Eigenschaften, die Spritz- und Metallisierbarkeit sowie hinsichtlich der Kosten ausgewählt. Als Materialien für den Tragkörper finden insbesondere Polypropylen, Acrylnitryl-Butadienstyrol, Polycarbonat, Polyethylenterephtalat, Polybutylenterephtalat, Polyamid,
Polyphenylensulfid, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetherimid und
Flüssigkristallpolymer Einsatz, die auch als "commodity thermoplastics", "technical thermoplastics" oder "HT-thermoplastics" bezeichnet werden. Die Oberflächen für die Ml D-Technologie können mit in der Leiterplattentechnik üblichen Oberflächen versehen werden, beispielsweise Zinn, Blei, Gold (galvanisch oder chemisch) oder Nickel. Erfindungsgemäß können die Tragkörper, die herkömmlich geformte
Leiterplatten ersetzen, beliebig geformt werden durch Einsatz der MID-Technologie. Weiterhin sind völlig neue Funktionen möglich, wobei auch eine Miniaturisierung der Module möglich ist.

Für eine MID-Technologie verwendete Werkstoffe sind u. U. ohne Zusätze
flammhemmend, können leicht recycelt werden und sind damit umweltverträglich. Durch eine Verwendung einer MID-Technologie können in das Statormodul 12, abweichend zu üblichen Leiterplatten, zusätzliche Bauteile und Funktionen integriert werden. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Verstärkungsrippen oder
Versteifungen, Kühlrippen, Buchsen zur Aufnahme von Bauelementen oder
Steckern, Verschraubungselemente, Gehäusefunktionen, Schnappverbindungen zur Anbindung an weitere Bauelemente, Schalter, Abschirmflächen, Dichtelemente, Integration passiver Bauteile und/oder aktiver Bauteile wie beispielsweise
Mikrocontroller, Operationsverstärker, Lagersitze u. ä. Darüber hinaus kann unter Verwendung der MID-Technologie eine vereinfachte und/oder verbesserte
Leiterbahnentflechtung erfolgen, wobei an Kreuzungspunkten einzelner Leitungsbahnen, u. U. unter Einsatz eines "Jumpers", gezielt elektrische
Verbindungen vermieden werden können oder aber durch elektrische Kontakte Kreuzungspunkte oder Verzweigungspunkte geschaffen werden können.

Unter der MID-Technologie ("molded interconnect devices") werden spritzgegossene Kunststoffteile verstanden, welche elektrische Leiterbahnen tragen und die je nach Kontur des Tragkörpers zwei- oder dreidimensionale Leiterplatten darstellen. Unter Verwendung der MID-Technologie können elektrische Verbindungen auch aus einer existierenden Ebene herausgeführt werden unter beliebigen Winkeln, so dass den Leiterbahnen elektrische Bauelemente in unterschiedlichste Bauraumrichtungen zugeordnet werden können.

Bezugszeichenliste

10 Elektromotor
11 Rotormodul
12 Statormodul / MID-Bauteil
13 Spule / Mehrzahl von Spulen
14 Befestigungselement
15 Gehäusegrundkörper / Spulenträger 6 Sensorträger
7 Ringplatine / Leiterplatte
8 Grundplatte des Elektromotors
9 Magnetfeldsensoren / Positionssensoren