Beschreibung:

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit Winkelsensor.

Es ist allgemein bekannt, dass ein Elektromotor einen Rotor aufweist, der bei Betrieb verschiedene Winkellagen durchläuft.

Aus der DE 102020 006 900 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik eine Bremsanordnung mit Welle und Elektromotor bekannt.

Aus der EP 0650 058 A1 ist ein Flanschmotor mit Messeinrichtung zur Erfassung der Umdrehung der Motorwelle bekannt.

Aus der DE 102008 019 797 A1 ist eine Kühlanordnung bekannt.

Aus der US 7447 035 B2 ist eine Wärmedissipationsanordnung bekannt.

Aus der WO 2008 / 122 387 A2 ist eine Haltevorrichtung für eine Leiterplatte bekannt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor mit Winkelsensor weiterzubilden, wobei kompakter Aufbau ermöglicht werden soll.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Elektromotor nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Elektromotor mit Winkelsensor sind, dass der Winkelsensor einen Grundkörper, ein Haubenteil, ein Halteteil, eine erste Leiterplatte, einen Zwischenflansch, eine zweite Leiterplatte, ein Scheibenteil, insbesondere mit Maßverkörperung, und eine Hohlwelle aufweist, wobei die Rotorwelle des Winkelsensors mit einem Rotor des Elektromotors drehfest verbunden ist, wobei das Scheibenteil auf die Hohlwelle aufgesteckt ist, insbesondere zur Zentrierung in radialer Richtung spielfrei aufgesteckt ist, und an einer Wellenstufe und/oder an einem ebenen Oberflächenbereich der Hohlwelle, insbesondere der an einer einzigen axialen Position angeordnet ist, anliegt, wobei die zweite Leiterplatte als Spulenwicklung fungierende und/oder ausgebildete Leiterbahnen aufweist und zwischen dem Grundkörper und dem Zwischenflansch insbesondere eingespannt gehalten ist, wobei der Zwischenflansch vom Schraubenkopf einer in eine Gewindebohrung des Grundkörpers eingeschraubten weiteren Schraube zum Grundkörper hingedrückt wird, wobei die erste Leiterplatte zwischen dem Zwischenflansch und dem Halteteil insbesondere eingespannt gehalten ist, wobei der Schraubenkopf einer in eine Gewindebohrung des Zwischenflansches eingeschraubten Schraube das Halteteil zum Zwischenflansch hin drückt, wobei ein elastisch vorgespanntes, am Haubenteil abgestütztes Blechteil zwischen dem Halteteil und dem Haubenteil angeordnet ist.

Von Vorteil ist dabei, dass der Winkelsensor stapelartig aufgebaut ist. Somit ist eine verbesserte Entwärmung erreichbar, da Zwischenflansch und Halteteil zwischen den Leiterplatten die Wärme herausführen. Der Stapel ist in axialer Richtung gestapelt, insbesondere so, dass die Stapelrichtung parallel zur axialen Richtung ausgeführt ist. Der Stapel besteht einerseits aus den Leiterplatten und andererseits aus dem Halteteil und dem Zwischenflansch, insbesondere sowie einer optional zusätzlich vorhandenen elektronischen Schaltung. Die bis zu drei elektrisch bestrombaren Stapelteile sind voneinander mittels der vorzugsweise metallisch ausgeführten Stapelteile, also Halteteil und Zwischenflansch, separiert. Dadurch ist eine verbesserte Kühlung und elektromagnetische Abschirmung erreichbar sowie ein kompakter Aufbau.

Das Halteteil und der Zwischenflansch sind vorzugsweise derart geformt, dass die Leiterplatten jeweils in einem Raumbereich angeordnet sind, der vom Zwischenflansch zusammen mit dem Halteteil oder vom Zwischenflansch zusammen mit dem Grundkörper oder vom Halteteil zusammen mit dem Haubenteil begrenzt und umgeben ist. Hierzu ist jedes der beiden Teile in einem ersten radial äußeren Bereich axial verdickt ausgeführt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Elektromotor eine elektromagnetisch betätigbare Bremse auf, welche eine Spule aufweist, welche aus einer elektronischen Schaltung versorgbar ist, die abhängig von einem Ansteuersignal die Spule speist, wobei das Ansteuersignal von der ersten Leiterplatte der elektronischen Schaltung zugeleitet wird, wobei die elektronische Schaltung auf der von der ersten Leiterplatte abgewandten Seite des Halteteils angeordnet ist, insbesondere zwischen dem Haubenteil und dem Halteteil, wobei das Blechteil an der elektronischen Schaltung abgestützt ist, insbesondere also zwischen der elektronischen Schaltung und dem Haubenteil elastisch vorgespannt angeordnet ist, insbesondere wobei das Blechteil als Biegeteil ausgeführt ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Signalelektronik der ersten Leiterplatte nicht nur zum Erfassen der Winkellage, sondern auch zur Erzeugung der Ansteuerimpulse für die Bremse vorgesehen ist, wobei die Versorgungsspannung für die Bremse im Winkelsensor erzeugt und gesteuert wird und der im Elektromotor angeordneten, vom Winkelsensor beabstandeten Bremse zugeleitet wird.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Rotor mittels zweier im Gehäuse des Elektromotors aufgenommener Lager drehbar gelagert, insbesondere wobei das Gehäuse ein Statorgehäuse aufweist und zwei voneinander beabstandete, jeweils mit dem Statorgehäuse verbundene Lagerflansche, in denen jeweils eines der beiden Lager aufgenommen ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Rotor selbst unabhängig von der Hohlwelle des Winkelsensors drehbar gelagert ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung drückt der Schraubenkopf einer ersten in eine Gewindebohrung der Rotorwelle eingeschraubte Schraube die Hohlwelle an die Rotorwelle an, wobei im Schraubenkopf ein Dauermagnet aufgenommen ist, insbesondere dessen Schwerpunkt in der Drehachse der Hohlwelle angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Gesamtzahl der vom Rotorteil zurückgelegten Umdrehungen erfassbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Leiterplatte mit einem magnetfeldsensitiven Sensor, insbesondere Impulsdrahtsensor und/oder Wiegandsensor, bestückt, welcher in Wirkverbindung mit dem Dauermagnet ist, insbesondere wobei ein auf der ersten Leiterplatte bestückter Zähler zur Bestimmung der Anzahl von Umdrehungen der Rotorwelle vom Sensor elektrisch versorgbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass auch bei ausgefallener Stromversorgung der Zähler aus der Energie der Impulse selbst mit Energie versorgbar ist. Somit ist ein Erfassen der zurückgelegten ganzen Umdrehungen in einfacher Weise und stets ausführbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die als Spulenwicklungen ausgebildeten Leiterbahnen der zweiten Leiterplatte in Wirkverbindung mit der Maßverkörperung des Scheibenteils und die Signalelektronik der ersten Leiterplatte ist mit den Spulenwicklungen elektrisch verbunden und dazu geeignet ausgeführt, die Winkellage des Scheibenteils bezogen auf die zweiten Leiterplatte zu bestimmen. Von Vorteil ist dabei, dass

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung überdeckt das Scheibenteil einen ersten Radialabstandsbereich, insbesondere bezogen auf die Drehachse der Rotorwelle, wobei das Hohlteil radial außerhalb des ersten Radialabstandsbereichs eine axial größere Dicke aufweist als in dem ersten Radialabstandsbereich. Von Vorteil ist dabei, dass das Scheibenteil eine Maßverkörperung aufweist und präzise zentriert und ausgerichtet ist. Denn die Zentrierung erfolgt am Wellenzapfen, insbesondere Domabschnitt, der Hohlwelle. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist wobei der Zwischenflansch radial außerhalb des ersten Radialabstandsbereichs eine axial größere Dicke auf als in dem ersten Radialabstandsbereich. Von Vorteil ist dabei, dass die elektronischen Bauelemente der ersten Leiterplatte im ersten Radialabstandsbereich anordenbar sind und dort abgeschirmt und gehäusebildend umgeben sind.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektronische Schaltung mittels Vergussmasse vergossen und/oder ist in einem Gehäuse angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass ein Abstützen des Blechteils in einfacher Weise und bei isolationsfestem Abstand ermöglicht ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Leiterplatte, insbesondere außerhalb des ersten Radialabstandsbereichs, zwischen dem Hohlteil und dem Zwischenflansch eingespannt angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass die erste Leiterplatte mechanisch stabil gehalten ist und die auf der ersten Leiterplatte angeordneten elektronischen Bauelemente vor elektromagnetischer Störstrahlung geschützt sind.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite Leiterplatte, insbesondere außerhalb des ersten Radialabstandsbereichs, zwischen dem Zwischenflansch und dem Grundkörper eingespannt angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass die zweite Leiterplatte mechanisch stabil gehalten ist und die auf der zweiten Leiterplatte angeordneten elektronischen Bauelemente vor elektromagnetischer Störstrahlung geschützt sind.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schraubachse der ersten Schraube koaxial zur Drehachse der Rotorwelle ausgerichtet. Von Vorteil ist dabei, dass der mittig im Schraubenkopf sitzende Dauermagnet am auf der zweiten Leiterplatte angeordneten Impulsdrahtsensor pro Umdrehung genau einen Impuls auslöst, so dass ein Zähler aus der Anzahl der Impulse und der Drehrichtung die Gesamtanzahl der Umdrehungen bestimmen kann.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der von der vom Schraubenkopf der ersten Schraube und/oder der vom Dauermagnet in axialer Richtung überdeckte Bereich von dem vom Zwischenflansch in axialer Richtung überdeckten Bereich umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass die erste Schraube durch eine Ausnehmung des Zwischenflansches hindurchragt und somit der Winkelsensor nicht nur mittels des Scheibenteils mit Maßverkörperung und mit der zweiten Leiterplatte die Winkellage feinaufgelöst, sondern auch die Anzahl der gesamten Umdrehungen bestimmen kann, indem bei jeder Umdrehung der ersten Schraube samt Dauermagnet ein Spannungsimpuls am Impulsdrahtsensor ausgelöst wird, der auf der ersten Leiterplatte montiert ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist und/oder sind das Haubenteil und/oder der Grundkörper aus Metall ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine verbesserte Wärmeabfuhr und elektromagnetische Abschirmung erreichbar ist sowie mechanische Stabilität.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist oder sind der Zwischenflansch und/oder das Halteteil aus Metall ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine verbesserte Wärmeabfuhr und elektromagnetische Abschirmung erreichbar ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.

Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:

In der Figur 1 ist ein Querschnitt durch einen für einen Elektromotor vorgesehenen Winkelsensor dargestellt.

Wie in Figur 1 dargestellt, weist der Winkelsensor einen relativ zu einem stationären Teil drehbar gelagerten Teil auf, welcher drehfest mit der dem Rotor des Elektromotors verbindbar ist. Insbesondere ist hierzu eine Rotorwelle 1 des Winkelsensors mit dem Rotor des Elektromotors verbindbar oder einstückig, insbesondere einstückig, ausbildbar.

Der Elektromotor weist ein Statorgehäuse auf, zu welchem der Rotor drehbar gelagert ist.

Ein vorzugsweise topfförmig ausgeformter Grundkörper 14 ist mit dem Statorgehäuse drehfest verbindbar.

Mit dem Grundkörper 14 ist ein Haubenteil 6 verbunden, welches zusammen mit dem Grundkörper 14 ein Gehäuse des Winkelsensors ausbildet.

Das Haubenteil 6 ist vorzugsweise aus Metall ausgeführt, insbesondere so dass eine hohe Wärmeleitfähigkeit verfügbar ist.

Die Rotorwelle 1 weist an ihrer dem Haubenteil 6 zugewandten Stirnseite eine Bohrung, insbesondere Gewindebohrung, auf in welche eine Schraube 11 eingeschraubt ist, deren Schraubenkopf ein Hohlwelle 13 an die Rotorwelle 1 , insbesondere an die Stirnseite der Rotorwelle 1 , andrückt. Auf diese Weise ist die Hohlwelle 13 mit der Rotorwelle 1 drehfest verbunden.

Die Bohrungsachse der Bohrung ist koaxial, insbesondere konzentrisch, zur Drehachse der Rotorwelle 1 ausgerichtet.

Im Schraubenkopf, insbesondere an der von der Rotorwelle 1 abgewandten Stirnseite des Schraubenkopfes, ist ein Dauermagnet 10 in einer Ausnehmung, insbesondere Vertiefung, des Schraubenkopfes angeordnet. Der Dauermagnet 10 dient als Geber für eine Erkennung der ganzzahligen Umdrehungen der Rotorwelle 1. Die Hohlwelle 13 weist einen Oberflächenabschnitt auf, welcher eben ausgeführt ist und an einer einzigen axialen Position angeordnet ist. Die axiale Richtung ist hierbei parallel zur Drehachse der Rotorwelle 1 ausgerichtet.

Vorzugsweise ist die Hohlwelle 13 als rotationssymmetrisches Teil ausgeführt.

An dem Oberflächenabschnitt ist ein ringförmiges Scheibenteil 12, insbesondere Targetscheibe, angelegt.

Dafür weist das Scheibenteil 12 ein mittig angeordnetes axial durchgehendes Loch auf, durch welches ein zylindrischer Abschnitt der Hohlwelle 13 hindurchragt. Auf diese Weise ist das Scheibenteil 12 auf den zylindrischen Abschnitt der Hohlwelle 13 aufsteckbar ist und dadurch vom Abschnitt präzise in radialer Richtung zentrierbar ist. Durch Anlegen an den Oberflächenabschnitt und nachfolgendes Verbinden, insbesondere stoffschlüssiges Verbinden mit der Hohlwelle 13 ist das Scheibenteil parallel zum ebenen Oberflächenabschnitt ausgerichtet.

Das Scheibenteil 12 ist als Targetscheibe ausgeführt. Insbesondere weist das Scheibenteil 12 also eine Maßverkörperung auf, die in Wechselwirkung mit den als Spulenwicklungen ausgeformten Leiterbahnen einer Leiterplatte 9 in Wirkverbindung tritt.

Das Scheibenteil 12 weist als Maßverkörperung ferromagnetische Strukturen auf oder Spulenwicklungen, die derart ausgebildet sind, dass die induktive Kopplung zu den Spulenwicklungen der Leiterplatte 9 von der Winkelstellung des Scheibenteils 12 abhängt und somit durch Bestimmung der Induktivität der Spulenwicklungen die zur Leiterplatte 9 relative Drehwinkellage des Scheibenteils 12 bestimmbar ist.

Die Leiterplatte 9 liegt an einem Vorsprung des Grundkörpers 14 auf und wird vom Zwischenflansch 8 an diesen Vorsprung angedrückt. Dabei liegt der Zwischenflansch 8 an der vom Vorsprung abgewandten Seite der Leiterplatte 9 auf.

Der Zwischenflansch 8 ist mittels Schrauben, deren Schraubenkopf jeweils auf den Zwischenflansch 8 drückt, an den Grundkörper 14 angedrückt und somit mit diesem verbunden. Auf der von der Leiterplatte 9 abgewandten Seite des Zwischenflansches 8 ist eine Leiterplatte 7 einer Signalelektronik aufgelegt.

Ein Halteteil 3 liegt an der von dem Zwischenflansch 8 abgewandten Seite der Leiterplatte 7 der Signalelektronik an der Leiterplatte 7 an und wird vom Schraubenkopf einer durch das Halteteil 3 und durch die Leiterplatte 7 durchgehenden Schraube 15 an die Leiterplatte 7 angedrückt, die somit an den Zwischenflansch 8 angedrückt wird. Dabei ist die Schraube 15 in eine Gewindebohrung des Zwischenflansches 8 eingeschraubt.

Auf der von der Leiterplatte 7 abgewandten Seite des Halteteils 3 ist eine elektronische Schaltung 4, insbesondere Gleichrichter, angeordnet, die vorzugsweise mit Vergussmasse vergossen ist oder ein Modulgehäuse aufweist, welches Leistungshalbleiter, wie Dioden oder dergleichen, einhaust.

Zur Abführung der Wärme des Modulgehäuses ist ein elastisch vorgespanntes Blechteil 5 zwischen dem Modulgehäuse und dem Haubenteil 6 angeordnet. Da dieses Blechteil 5 sowohl das Modulgehäuse als auch das Haubenteil 6 berührt, wird ein Wärmestrom vom Modulgehäuse zum Haubenteil 6 verbessert abgeführt.

Die Signalelektronik ist elektrisch verbunden mit den Leiterbahnen der Leiterplatte 9 und erfasst die induktive Kopplung und/oder Induktivität der als Spulenwicklungen ausgeführten Leiterbahnen der Leiterplatte 9, um die Winkellage zu bestimmen.

Die elektronische Schaltung 4 ist zur Versorgung einer Spule einer elektromagnetisch betätigbaren Bremse vorgesehen. Hierzu weist sie einen Gleichrichter auf, der über das Blechteil 5 und das Haubenteil 6 entwärmt wird. Außerdem weist die elektronische Schaltung 4 einen steuerbaren Halbleiterschalter auf, welcher die der Spule vom Gleichrichter zur Verfügung gestellte Energie steuert, also eine Bestromung oder Nichtbestrom ung der Spule bewirkt. Das Ansteuersignal des steuerbaren Halbleiterschalters wird von der Signalelektronik auf der Leiterplatte 7 erzeugt, insbesondere in Abhängigkeit von über eine Datenschnittstelle, die auf der Leiterplatte 7 angeordnet ist und zur Datenübertragung zwischen der Signalelektronik und einem den Elektromotor speisenden Umrichter geeignet ist. Hierbei werden die Sensorsignale des Winkelsensors, insbesondere also die erfasste Winkellage des Rotors, von der Leiterplatte 7 an den Umrichter übertragen und die Ansteuersignale für den steuerbaren Halbleiterschalter und somit für die elektromagnetisch betätigbare Bremse, vom Umrichter über die Signalelektronik an die elektronische Schaltung 4.

Auf der Leiterplatte 7 ist auch ein Magnetfeldsensor, insbesondere Wiegandsensor und/oder Hallsensor, bestückt, so dass auch die Winkellage des Dauermagneten detektierbar ist oder zumindest pro jeweilige Umdrehung ein elektrischer Spannungspuls erzeugbar ist. Auf diese Weise ist also mit einem auf der Leiterplatte 7 bestückten Impulsdrahtsensor, insbesondere Wiegandsensor, pro Umdrehung des Rotors ein Spannungspuls erzeugbar, so dass die Gesamtzahl der zurückgelegten Umdrehungen des Rotors durch Zählen der Pulse, insbesondere mittels eines Zählers der Signalelektronik, einfach ausführbar ist.

Da der Zwischenflansch 8 axiale zwischen der Leiterplatte 7 der Signalelektronik und der Leiterplatte 9 mit bestromten Leiterbahnen angeordnet ist und aus metallischem Material ausgeführt ist, ist Wärme von den beiden Leiterplatten über den Zwischenflansch 8 an den Grundkörper 14 abführbar.

Ebenso ist vom Halteteil 3, das axial zwischen der elektronischen Schaltung und der Signalelektronik angeordnet ist, Wärme abführbar ber die Schraube 15 an den Zwischenflansch 8 und von dort an den Grundkörper 14.

Zusätzlich schirmen die metallischen Teile, wie der Zwischenflansch 8 und das Halteteil 3 elektromagnetische Strahlung ab, so dass keine gegenseitige Störung der Signalelektronik, der elektronischen Schaltung und der Messwerteerfassung durch die Leiterplatte 9 bewirkt wird.

Der Stackaufbau, insbesondere stapelmäßige Aufbau, des Winkelsensors ermöglicht also eine effiziente Entwärmung bei gleichzeitig verbesserter Abschirmung gegen störende Strahlung.

Im Grundkörper 14 ist ein Lager 3 aufgenommen, mittels dessen die Rotorwelle 1 drehbar gelagert ist. Somit ist der Rotor im Elektromotor mittels zweier Lager und die drehfest mit dem Rotor verbundene Rotorwelle 1 mittels des Lagers 2 drehbar gelagert.

Das Halteteil 3 weist an seinem radial äußeren Bereich eine größere axiale Wandstärke auf als radial innen. Ebenso weist der Zwischenflansch 8 in dem radial äußeren Bereich eine größere axiale Wandstärke auf als weiter innen. Dabei ist eine Vertiefung des Halteteils 3 einer Vertiefung des Zwischenflansches 8 derart zugewandt, dass die Signalelektronik 7 in dem so vom Halteteil 3 zusammen mit dem Zwischenflansch 8 umgebenen Innenraum angeordnet ist. Somit ist einerseits die Signalelektronik eingehaust und andererseits in allen Richtung möglichst effizient entwärmt.

Die Leiterplatte 7 ist zwischen dem Zwischenflansch 8 und dem Halteteil 3 eingespannt, insbesondere im radial äußeren Bereich.

Die Leiterplatte 9, insbesondere welche die als Messspulen fungierenden Spulenwicklungen aufweist, ist zwischen dem Grundkörper 14 und dem Zwischenflansch 8 eingespannt insbesondere im radial äußeren Bereich. Allerdings wird die Leiterplatte 9 bei der Herstellung des Winkelsensors vor dem Einspannen zwischen dem Grundkörper 14 und dem Zwischenflansch 8 an der Hohlwelle 13 zentriert. Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist das Scheibenteil 12 als Leiterplatte ausgeführt und somit kostengünstig herstellbar.

Bezugszeichenliste

I Rotorwelle 2 Lager

3 Halteteil, insbesondere Halterung

4 elektronische Schaltung, insbesondere Gleichrichter

5 Blechteil

6 Haubenteil 7 Leiterplatte einer Signalelektronik

8 Zwischenflansch

9 Leiterplatte mit als Spulen ausgebildeten Leiterbahnen

10 Dauermagnet

I I Schraube 12 Scheibenteil, insbesondere Targetscheibe

13 Hohlwelle

14 Grundkörper, insbesondere topfförmiger Grundkörper

15 Schraube