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Title:
ELECTRIC MOTOR, PARTICULARLY FOR DISPLACING MOVEABLE PARTS IN A MOTOR VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/046025
Kind Code:
A1
Abstract:
An electric motor (10), particularly for displacing moveable parts in a motor vehicle, comprising a commutator (36) which is electrically connected to an electrically conducting carrier plate (42) by means of carbon brushes (38). The carbon brushes (38) are fixed to the electrically conducting carrier plate (42) by means of spring clips (40).

Inventors:
Lampert, Rico (Kroppenstueck 5, Sasbach, 77880, DE)
Huck, Thomas (Nelkenstr. 32, Rheinmünster, 77836, DE)
Fröhlich, Peter (Stephanienstr. 90, Karlsruhe, 76133, DE)
Mili, Tarek (Hirschäckerstr. 40, Karlsruhe, 76139, DE)
Application Number:
PCT/EP2004/052385
Publication Date:
May 19, 2005
Filing Date:
September 30, 2004
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
Lampert, Rico (Kroppenstueck 5, Sasbach, 77880, DE)
Huck, Thomas (Nelkenstr. 32, Rheinmünster, 77836, DE)
Fröhlich, Peter (Stephanienstr. 90, Karlsruhe, 76133, DE)
Mili, Tarek (Hirschäckerstr. 40, Karlsruhe, 76139, DE)
International Classes:
H02K5/14; H02K11/02; H02K23/66; H02K5/22; (IPC1-7): H02K5/14
Domestic Patent References:
WO2000036728A12000-06-22
WO2001095439A12001-12-13
WO2000036729A12000-06-22
Foreign References:
US4983872A1991-01-08
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1998, no. 09 31 July 1998 (1998-07-31)
Attorney, Agent or Firm:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
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Claims:
Ansprüche
1. Elektromotor (10), insbesondere zum Verstellen beweglicher Teile im Kraftfahrzeug, mit einem auf einer Ankerwelle (12) angeordneten Kommutator (36), der über Kohlebürsten (38) mit einer elektrisch leitfähigen Trägerplatte (42) elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlebürsten (38) mittels Federbügel (40) an der elektrisch leitfähigen Trägerplatte (42) befestigt sind.
2. Elektromotor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federbügel (40) als Blattfedern (52) ausgebildet sind, die die Kohlebürsten (38) aufnehmen.
3. Elektromotor (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlebürsten (38) in die Federbügel (40) insbesondere in Aussparungen (74) derselbenfest angeschweißt oder eingeklemmt oder eingesteckt oder eingenietet sind.
4. Elektromotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federbügel (40) eine elektrische Verbindung zwischen den Kohlebürsten (38) und der Trägerplatte (42) herstellen.
5. Elektromotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federbügel (40) aus Cuoder CuBeMaterial, oder Federstahl hergestellt sind.
6. Elektromotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlebürsten (38) mittels Kohlelitzen (76) elektrisch mit der Trägerplatte (42) verbunden sind.
7. Elektromotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federbügel (40) derart an der Trägerplatte (42) angeordnet sind, dass die Kohlebürsten (38) nach deren Montage auf den Kommutator (36) unter Vorspannung am Kommutator anliegen.
8. Elektromotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federbügel (40) mittels Lötoder Nietverfahren oder Schweißen oder Einpresstechnik mechanisch und/oder elektrisch mit der Trägerplatte (42) verbunden sind.
9. Elektromotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Trägerplatte (42) als Leiterplatte (66) oder als ein ein Stanzgitter (44) aufweisendes Trägerelement (45) ausgebildet ist.
10. Elektromotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (42) weitere Bauelemente (56), wie ein Relais (82) oder einen Kondensator (80) oder einen Mikroprozessor (58) oder eine Diode (84) oder einen Positionssensor (60) oder Steckerpins (88) für die Stromund Signalversorgung oder ein Entstörelement (86) oder eine Verbindung zu einem Abschirmblech (50) aufnimmt.
11. Elektromotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (42) mit den integrierten Kohlebürsten (38) radial zur Ankerwelle (12) montierbar ist, und insbesondere die Federbügel (40) radial federnd ausgebildet sind.
12. Elektronikmodul (70), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer elektrisch leitfähigen Trägerplatte (42), dadurch gekennzeichnet, dass an der elektrisch leitfähigen Trägerplatte (42) Federbügel (40) befestigt sind, die jeweils als Halterung für eine Kohlebürtste (38) ausgebildet sind.
Description:
Elektromotor, insbesondere zum Verstellen beweglicher Teile im Kraftfahrzeug Stand der Technik Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere zum Verstellen beweglicher Teile im Kraftfahrzeug, nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1.

Mit der EP 0 474 904 B 1 ist ein Fensterheberantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einer Kommutator-Getriebe-Antriebseinheit bekannt geworden, bei der auf einer radial montierbaren Leiterplatte ein Bürstenhalterungs-Körper angeordnet ist. Der Bürstenhalterungskörper ist U-förmig aus Kunststoff ausgebildet und umgreift den Kommutator in montiertem Zustand. Der Bürstenhalterungskörper ist mit Steckfußen versehen, die in korrespondierende Aufnahmen der Leiterplatte einsetzbar sind und wird nach der Justierung der Leiterplatte mittels Schrauben, die von Schraubenhalterungen aufgenommen werden, auf der Leiterplatte fixiert. Der Bürstenhalterungskörper weist als Köcher Bürstenführungsöffnungen auf, in denen die Kohlebürsten verschiebbar angeordnet sind, um einen elektrischen Kontakt mit dem Kommutator herzustellen.

Die Herstellung, die Justierung und Befestigung eines solchen Bürstenhalterungs-Körpers ist sehr prozess-und damit kostenintensiv. Ein weiterer Nachteil ist, dass zusätzlich zur mechanischen Befestigung der Kohlebürsten eine elektrische Kontaktierung derselben hergestellt werden muss.

Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Elektromotor mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass auf einen Kohlebürstenhalterungs- Körper vollständig verzichtet werden kann. Durch die direkte Befestigung der Kohlebürsten an Federbügeln, die wiederum direkt an der leitfähigen Trägerplatte angeordnet sind, entfällt sowohl eine mechanische Justierung, als auch eine zusätzliche elektrische Kontaktierung der Kohlebürsten. Dadurch werden die Kohlebürsten in einem Arbeitsgang zusammen mit der Trägerplatte vollständig montiert. Die Federbügel können dabei sehr einfach in einem Arbeitsgang mit der Herstellung der Trägerplatte, bzw. mit deren Bestückung mit weiteren Bauelementen auf der Trägerplatte befestigt werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Durch die Ausführung der Federbügel als Blattfedern können diese sehr günstig, beispielsweise auch einstückig, mit den elektrischen Leitungen der leitfähigen Trägerplatte hergestellt werden. Außerdem weisen die Blattfedern in Umfangsrichtung des Kommutators eine hohe mechanische Stabilität auf, wohingegen die radiale Anpresskraft bzw. der Verstellweg bei der Montage leicht durch die Materialauswahl oder durch die Blechdicke bestimmt werden kann.

Von Vorteil ist es dabei, die Kohlebürsten direkt mit den Federbügeln zu verbinden, was sehr günstig mittels Schweißen, Einklemmen, Einstecken oder Einnieten in eine Aussparung oder angeformte Ausnehmung, beispielsweise einer Blattfeder, ausgeführt werden kann.

Eine solche Verbindungstechnik gewährt zusätzlich zur sicheren mechanischen Verbindung gleichzeitig eine zuverlässige elektrische Verbindung der Kohlebürsten zu den Federbügeln, die wiederum eine einfache mechanische und elektrische Verbindung zur elektrischen Trägerplatte aufweisen.

Durch die Ausführung der Federbügel mittels Kupfer-oder Kupfer-Beryllium-Werkstoff weist der Federbügel eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit auf und kann beispielsweise als Bestandteil eines Stanzgitters der Trägerplatte ausgebildet werden. In einer alternativen Ausführung ist der Federbügel aus Federstahl gefertigt, der eine sehr hohe mechanische Stabilität aufweist und auch für hohe Anpresskräfte des Köchers an den Kommutator geeignet ist.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel weisen die Kohlebürsten zusätzlich zur mechanischen Verbindung mittels der Federbügel eine zusätzliche elektrische Verbindung mit der Trägerplatte auf. Diese Ausführung eignet sich besonders für den Fall, dass sehr hohe Anforderungen an eine gute elektrische Leitfähigkeit gestellt, bzw. hohe Stromflüsse gefordert werden.

Besonders günstig erweist sich die Montage der Kohlebürsten durch deren Befestigung an elastischen Federbügeln, da diese bei der Montage in einfacher Weise radial nach

außen ausgelenkt werden können und bei Erreichen der endgültigen Montageposition die Kohlebürsten mit einer vorgebbaren Vorspannung gegen den Kollektor pressen.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Federbügel mittels Löten, Einpressen oder Nieten mit der elektrisch leitfähigen Trägerplatte verbunden, wobei zusätzlich zur mechanischen Fixierung gleichzeitig ein zuverlässiger elektrischer Kontakt hergestellt wird Die elektrisch leitfähige Trägerplatte ist vorteilhaft als Leiterplatte mit integrierten Leiterbahnen ausgebildet, die beispielsweise die gesamte Elektronikeinheit des Elektromotors aufnimmt. Bei einer Ausführung des elektromotorischen Antriebs ohne Elektronik stellt beispielsweise ein umspritztes Stanzgitter die leitfähige Trägerplatte dar, in die die Federbügel günstig integriert werden können.

Durch die Bestückung der leitfähigen Trägerplatte mit weiteren elektrischen Bauelementen, sowie die Ausbildung von Verbindungselementen zu mechanischen Elementen bzw. mechanisch/elektrischen Schnittstellen, entfällt die Verwendung eines separaten Bürstenträgerelements und dessen Bestückung mit entsprechenden elektrischen und mechanischen Bauteilen. Eine solche Integration der Kohlebürsten in das Elektronikmodul erlaubt eine einfache Montage des Elektromotors, wobei der Prozessschritt der Montage eines separaten Bürstenhalterelements entfällt.

Besonders günstig ist es, wenn die Federbügel tangential zur Ankerwelle angeordnet sind und in radialer Richtung federnd ausgebildet sind, da die Kohlebürsten dann einfach radial zur Ankerwelle auf den Kommutator aufgeschoben werden können.

Auf Grund der radialen Montagerichtung der Kohlebürsten zusammen mit der leitfähigen Trägerplatte ist es möglich, den kompletten Elektromotor in einer einzigen Montagerichtung komplett zu montieren, was den Herstellungsprozess deutlich vereinfacht. Dabei kann beispielsweise die Ankerwelle über deren gesamte Länge zuerst in einem Gehäuseteil angeordnet werden und nach der Montage der Trägerplatte und weiterer Komponenten mit einem zweiten Gehäuseteil verschlossen werden.

Zeichnungen

In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen Figur 1 einen Elektromotor mit komplett montierten Kohlebürsten, Figur 2 eine Trägerplatte mit integrierten Kohlebürsten vor der Montage und Figur 3 eine weitere Ausführung einer Trägerplatte.

Beschreibung In Figur 1 ist eine Getriebe-Antriebseinheit 11 dargestellt, bei der ein Elektromotor 10 mit einer Ankerwelle 12 über deren gesamten Länge in einem ersten Gehäuseteil 14 gelagert ist. Auf der Ankerwelle 12 ist ein erstes Getriebeelement 16 gelagert, das mit einem zweiten Getriebeelement 18 einer separaten Schneckenwelle 20 gekoppelt ist. Die Schneckenwelle 20 kämmt mit einem Schneckenrad 22, das das Antriebsmoment über eine Dämpfungsvorrichtung 24 an ein Abtriebsritzel 26 weiterleitet, das beispielsweise eine Fensterscheibe oder ein Schiebedach in einem Kraftfahrzeug antreibt. Auf der Ankerwelle 12 ist ein Rotor 28 angeordnet, der innerhalb eines gehäusefesten Stators 30 frei drehbar ist. Der Stator 30 weist Permanentmagnete 32 auf, die mittels eines magnetischen Rückschlusselements 34 miteinander verbunden sind. Zur Bestromung weist die Ankerwelle 12 einen Kommutator 36 auf, der in Reibverbindung mit Kohlebürsten 38 steht, die über Federbügel 40 mit einer elektrisch leitfähigen Trägerplatte 42 verbunden sind. Die Trägerplatte 42 weist ein Stanzgitter 44 auf, dessen freie Enden aus der Trägerplatte 42 ragen und die Federbügel 40, sowie elektrische Verbindungen 46 für einen Gehäusestecker 48 und eine elektrische, sowie mechanische Kontaktierung zu einem nicht näher dargestellten Abschirmblech bilden. Die Federbügel 40 sind dabei als Blattfedern 52 aus Kupferblech, einstückig mit dem Stanzgitter 44 hergestellt. Die Federbügel 40 erstrecken sich von der Trägerplatte 42 im wesentlichen tangential zum Kommutaor 36 und weisen Aufnahmen 54 auf, in die die Kohlebürsten 38 fest eingesteckt sind. Die Trägerplatte 42 weist neben dem Stanzgitter 44 verschiedene elektrische Bauelemente 56 auf, wie beispielsweise einen Mikroprozessor 58 oder einen Positionserfassungssensor 60, der mit einem Positionsgeber 62 auf der Ankerwelle 12 zusammenwirkt. Um den Kollektor 36 und den als Ringmagnet 64 ausgebildeten Positionsgeber 62 sichtbar darzustellen, ist in Figur 1 die Trägerplatte 42 mit einem

Durchbruch dargestellt. Die elektrisch leitende Trägerplatte 42 mit den integrierten Federbügeln 40 ist radial zur Ankerwelle 12 in das erste Gehäuseteil 14 montiert, nachdem die Getriebebauteile, sowie die Ankerwelle 12 und der Stator 30 radial in das Gehäuseteil 14 montiert wurden. Anschließend wird als zweites Gehäuseteil ein nicht dargestellter Deckel radial montiert, der das erste Gehäuseteil 14 abschließt.

Figur 2 zeigt eine weitere Ausführung einer Trägerplatte 42, die als Leiterplatte 66 ausgebildet ist und entsprechend dem Aufbau der Getriebe-Antriebseinheit 11 in Figur 1 radial zur Ankerwelle 24 montierbar ist. Die elektrisch leitfähige Trägerplatte 42 weist Anschlussbeinchen 68 auf, an die die als Blattfedern 52 ausgebildete Federbügel 40 beispielsweise mittels Löten oder Schweißen befestigt sind. Die Trägerplatte 42 weist Spalte 72 auf, durch die die Federbügel 40 hindurchtreten und sich näherungsweise senkrecht zur Leiterplatte 66 erstrecken. Zur Aufnahme der Kohlebürsten 38 weisen die Federbügel 40 Aussparungen 74 auf, in die die Kohlebürsten 38 fest eingepresst werden.

Sowohl die Verbindung zwischen den Kohlebürsten 38 und dem Federbügel 40, sowie die Verbindung zwischen Federbügel 40 und der Trägerplatte 42 stellen sowohl eine mechanische Befestigung, als auch eine elektrische Kontaktierung dar, so dass bei dieser Ausführung auf zusätzliche elektrische Anschlüsse der Kohlebürsten 38 verzichtet werden kann.

In einer alternativen Ausführung, beispielsweise beim Auftreten hoher Motorströme, sind die Kohlebürsten 38 zusätzlich über eine elektrische Verbindung 76-beispielsweise eine Kohlelitze 76-mit der Trägerplatte 42 verbunden (gestrichelt dargestellt). Die Leiterplatte 66 weist integrierte Leiterbahnen 78 auf, die die Federbügel 40 bzw. die Kohlelitze 76 elektrisch mit weiteren auf der Leiterplatte 66 angeordneten elektrischen Bauelementen 56 verbinden. So ist beispielsweise zwischen den beiden Federbügeln 40 ein Mikroprozessor 58 mit integriertem Positionssensor 60 angeordnet, der mit einem entsprechenden Positionsgeber 62 auf der Ankerwelle 12 zusammenwirkt. Als weitere elektrische Bauteile 56 sind ein Kondensator 80, ein Relais 82, sowie Dioden 84 und Entstörbauteile 86 auf der Leiterplatte angeordnet. Des weiteren sind Steckerpins 88 auf der Trägerplatte 42 angeordnet, die nach der vollständigen Montage des Motorgehäuses 14 aus dem Gehäuseanschlussstecker 48 ragen. Zur elektromagnetischen Abschirmung der durch die Leiterplatte 66 gebildeten Elektronikeinheit 70 weist die Leiterplatte 66 eine Kontaktierstelle 50 auf, an die Abschirmbleche oder auch ein Poltopf des Motors 10 zur elektromagnetischen Abschirmung angeschlossen werden können. Zur Montage der

als Hammerbürsten ausgebildeten Kohlebürsten 38 werden diese radial zur Ankerwelle 12 auf den Kollektor 36 aufgeschoben, wobei sich die Federbügel 40 radial entsprechend spreizen, bis Hammerbürsten 38 in der richtigen Position unter Vorspannung am Kollektor 36 anliegen. Als federelastisches Material wird für die Federbügel 40 im Ausführungsbeispiel Federstahl verwendet, der für viele Anwendungen eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweist, um die Kohlebürsten 38 über die Federbügel 40 elektrisch mit den Pins 88 des Gehäusesteckers 48 zu verbinden.

In Figur 3 ist der schematische Aufbau einer als Elektronikmodul 70 ausgebildeten Trägerplatte 42 in Sandwich-Technologie dargestellt. Als ein erstes unteres Substrat 71 ist ein Stanzgitter 44 beispielsweise aus einem Kupferblech mittels stanzen, biegen und prägen mit unterschiedlichen Segmenten 73 geformt. Als Leistungsbauelemente 75 sind auf dem Stanzgitter 44 Transistoren 77, beispielsweise Power-MOSFETs 79 angeordnet und elektrisch mit diesem verbunden. Als ein zweites oberes Substrat 72 ist über den Leistungsbauelementen 75 ein Keramiksubstrat 81 mit einer beidseitigen metallischen Beschichtung 83, 84, die hier als Leiterbahnen 78 aus Silber ausgebildet sind, angeordnet.

Die Leistungsbauelemente 75 weisen an ihrer unteren Oberfläche 85und oberen Oberfläche 86 elektrisch leitende Kontaktflächen 87 auf, mit denen sie jeweils mit den beiden Substraten 71,72 leitend verbunden sind. Die Leistungsbauelemente 75 sind als sogenannten Bare-Die-Elemente 89, ohne Kunststoffgehäuse ausgebildet, um einen kompakten Schichtaufbau zu ermöglichen. Auf der dem Stanzgitter 44 abgewandten Beschichtung 84 des zweiten Substrats 72 sind weitere elektronische Bauelemente 56, wie beispielsweise ein Mikroprozessor 58, ein Positionssensor 60 und SMD-Bauteile 59 angeordnet, die zusammen den Logikteil 57 zur Ansteuerung des Elektromotors 10 bilden. Das zweite Substrat 72 ist mit dem ersten Substrat 71 mittels Löten oder mittels eines leitfähigen Klebstoffs verbunden, wobei in einer alternativen Ausführung am Stanzgitter 44 Halteelemente 91 angeformt sind, mittels denen die Leistungsbauelemente 75 und/oder das zweite Substrat 72 elektrisch kontaktiert und mechanisch auf dem ersten Substrat 71 fixiert werden. Am Stanzgitter 44 sind vorzugsweise einstückig Federbügel 40 angeformt, die die Kohlebürsten 38 aufnehmen. Die Kohlebürsten 38 sind dabei an die Federbügel 40 angeschweißt oder in angeformte Ausformungen 94 der Federbügel 40 eingepresst. Dabei stellen die Federbügel sowohl eine elastische mechanische Halterung zum Anpressen der Kohlebürsten 38 an den Kollektor 36, als auch gleichzeitig eine elektrische Verbindung für die Stromversorgung der Kohlebürsten 38 dar. Das Elektronikmodul 70 weist zum Schutz der Substrate 71,72 und der Elektronikbauteile 56,

sowie Leistungsbauelemente 75 einen angespritzten Kunststoffkörper 95 auf, aus dem die Federbügel 40 und weitere elektrische und/oder mechanische Anschlüsse ragen.

Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in allen Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann die konkrete Ausgestaltung des Getriebes, des Rotors 28 und des Stators 30, der Trägerplatte 42, sowie des Gehäuses 14 variiert werden, solange die Trägerplatte 42 mit den mittels den Federbügeln 40 befestigten Kohlebürsten 38 radial montiert werden kann. Ebenso können für die Verbindungstechnik der einzelnen Bauelemente auch weitere Verbindungstechniken verwendet werden, die sowohl eine mechanische, als auch eine elektrische Verbindung herstellen. Bevorzugt wird der erfindungsgemäße Elektromotor 10 für die Betätigung von Fensterhebern oder für die Verstellung beweglicher Teile im Kraftfahrzeug verwendet, ist jedoch nicht auf eine solche Anwendung beschränkt