Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Flachmotor zum Antrieb einer Verstelleinrichtung eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Flachmotor umfasst einen als Scheibenläufer bezeichneten scheibenförmigen Rotor, der um eine Achse drehbar gelagert ist und sich im Betrieb des

Motors um jene Drehachse dreht. Zur Erzeugung der Drehbewegung ist ein flaches, scheibenförmiges Spulensystem vorgesehen, das einen so genannten Kollektorbereich zu Zwecken der Bestromung des Spulensystems durch Kommutierung aufweist

(Kommutatormotor) und das weiterhin einen so genannten Aktivbereich aufweist, der im Betrieb des Motors, also bei Bestromung des Spulensystems, mit zugeordneten

Permanentmagneten magnetisch zusammenwirkt, um eine Drehbewegung des scheibenförmigen Rotors (Scheibenläufers) zu erzeugen.

Hierbei kann einerseits das Spulensystem einen Bestandteil des Rotors bilden, so dass zur Bestromung am Kollektorbereich des Spulensystems statorseitige Bürsten oder

Kohlen angreifen, wie für so genannte Kommutatormotoren allgemein bekannt. Die

Permanentmagnete bilden dann einen Bestandteil des Stators und sind drehfest an

diesem angeordnet. Bei Bestromung des am Scheibenläufer vorgesehenen Spulensystems bzw. des den Scheibenläufer bildenden Spulensystems mittels der hierfür vorgesehenen Kohlen bzw. Bürsten wird somit eine Drehbewegung des Scheibenläufers einschließlich des Spulensystems um dessen Drehachse relativ zu dem Stator bewirkt.

Es kann sich allerdings bei dem gattungsgemäßen Flachmotor auch um einen so genannten elektronisch kommutierenden Motor handeln, bei dem das Spulensystem einen Bestandteil des Stators bildet, also im Betrieb des Motors nicht gemeinsam mit dem Scheibenläufer gedreht wird.

Bei den eingangs genannten Flachmotoren ist es bekannt, das Spulensystem zweilagig auszuführen, so dass die die Wicklungen der Spulen bildenden elektrischen Leiter sich in zwei unterschiedlichen Ebenen erstrecken. Die Mehrlagigkeit des Spulensystems ermöglicht die Erzeugung entsprechend größerer Magnetfelder bei Bestromung des Spulensystems. An einer der beiden Lagen ist dabei der Kollektorbereich ausgebildet, der im Betrieb des Motors z.B. mit zugeordneten Bürsten bzw. Kohlen zusammenwirkt.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Flachmotor der eingangs genannten Art weiter zu verbessern.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Schaffung eines Flachmotors mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Danach sind die in den unterschiedlichen Ebenen verlaufenden elektrischen Leiter als Leiterbahnen ausgebildet, die jeweils auf einer Oberfläche einer Leiterplatte als Träger ausgeprägt sind, also jeweils Leitungsschichten auf der jeweiligen Oberfläche einer

Leiterplatte bilden, wobei der Kollektorbereich des Spulensystems durch die auf genau einer der unterschiedlichen (quer zur ihrer Erstreckungsebene voneinander beabstandeten) Oberflächen ausgeprägten Leiterbahnen, also durch in einer Ebene verlaufende Leiterbahnen, gebildet wird.

Die Begriffe Leitungsschicht und Leiterbahnen werden hier insofern synonym verwendet, als die in einer Ebene, d.h., auf ein und derselben Oberfläche eines Trägers (einer Leiterplatte), angeordneten Leiterbahnen jeweils als eine Leitungsschicht bezeichnet werden. Die in einer ersten Ebene, auf einer Oberfläche eines Trägers (d.h. in einer ersten Lage) angeordneten Leiterbahnen werden demnach als eine erste Leitungsschicht bezeichnet; die in einer zweiten Ebene, auf einer anderen Oberfläche eines Trägers

(d.h., in einer zweiten Lage) angeordneten Leiterbahnen werden als eine zweite Leitungsschicht bezeichnet; usw. Die Leitungsschichten werden also in der Regel jeweils durch eine Vielzahl einzelner, voneinander beabstandeter Leiterbahnabschnitte gebildet und nicht zwingend durch eine einheitliche, durchgehende elektrisch leitende Schicht. Vielmehr steht der Begriff Leitungsschicht jeweils für die Gesamtheit der auf ein und derselben Oberfläche angeordneten und ausgeprägten Leiterbahnen, die jeweils eine Leiterlage bilden. Die Gesamtheit der Leiterbahnen ist somit in unterschiedlichen (mindestens zwei) Schichten, also schichtweise, als je eine Leitungsschicht auf unterschiedlichen Oberflächen der Träger (Leoterplatten) ausgeprägt, wobei jeder Leitungsschicht genau eine, im Wesentlichen in einer Ebene erstreckte Oberfläche zugeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf der Erkenntnis, dass der Aufbau eines mehrlagigen Spulensystems für einen Flachmotor erheblich vereinfacht werden kann, wenn hierbei auf die Leiterplattentechnologie zurückgegriffen wird. D. h., die elektrischen Leiter, welche die Wicklungen des Spulensystems bilden, sind als Leiterbahnen auf jeweils einer Oberfläche einer Leiterplatte in bekannter Weise eingeätzt und durch die mindestens eine Leiterplatte hindurch elektrisch miteinander kontaktiert.

Es kann also zur Herstellung des Spulensystems auf eine insbesondere auch im Kraftfahrzeugbereich in Großserien erprobte Technologie zurückgegriffen werden, für die umfangreiche Fertigungskapazitäten bestehen. Mit dieser Technologie sind Layoutänderungen leicht realisierbar, was eine erhöhte Flexibilität im Entwicklungsprozess sowie eine schnelle Amortisation von Fertigungseinrichtungen mit sich bringt.

Die durch die Grundkörper der Leiterplatten gebildeten und jeweils zwischen benachbarten elektrischen Leiterbahnen (Leitungsschichten) liegenden isolierenden Schichten führen zu einer größeren Steifigkeit der Ankerscheibe, was wiederum verbesserte Planlaufeigenschaften und somit eine erhöhte Laufruhe zur Folge hat.

Ferner kann in dem Fall, dass das Spulensystem am Scheibenläufer vorgesehen ist, durch den Entfall außen liegender Schweißpunkte (verglichen mit der herkömmlichen Technologie zur Herstellung des Spulensystems) der Außendurchmesser des Spulensystems reduziert werden, also eine kompaktere Bauform sowie ein reduziertes Massenträgheitsmoment des Systems erreicht werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den von Anspruch 1 abhängigen Patentansprüchen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren deutlich werden.

Es zeigen:

Fig. 1a eine Draufsicht auf einen ein Spulensystem aufweisenden Scheibenläufer eines Flachmotors;

Fig. 1b eine Rückansicht des Scheibenläufers aus Figur 1a;

Fig. 2a einen Ausschnitt des Scheibenläufers aus den Figuren 1a und 1b;

Fig. 2b einen weiteren Ausschnitt des Scheibenläufers aus den Figuren 1a und

1 b, wobei nur ein Teil der Wicklungen des Spulensystems des

Scheibenläufers dargestellt ist;

Fig. 3a einen Querschnitt durch den Scheibenläufer aus den Figuren 1a und 1b;

Fig. 3b einen Ausschnitt des Querschnittes aus Figur 3a;

Fig. 3c einen weiter vergrößerten Ausschnitt des Querschnittes aus Figur 3a;

Fig. 4a einen Teil der Wicklungen des Spulensystems des Scheibenläufers aus den Figuren 1a und 1b zusammen mit zwei Dichtungsringen;

Fig. 4b einen Ausschnitt der Darstellung aus Figur 4a;

Fig. 5a einen Teil der Wicklungen des Spulensystems des Scheibenläufers aus den Figuren 1a und 1b;

Fig. 5b einen Ausschnitt der Darstellung aus Figur 5a;

Fig. 5c einen perspektivischen Ausschnitt der Darstellung aus Figur 5a;

Fig. 6a einen Teil der Wicklungen des Spulensystems des Scheibenläufers aus den Figuren 1a und 1b zusammen mit Permanentmagneten eines zugehörigen Stators;

Fig. 6b einen Ausschnitt der Darstellung aus Figur 6a.

In den Figuren 1a bis 6b sind von einem Flachmotor ein durch einen Scheibenläufer gebildeter Rotor R sowie kreisringförmig hintereinander angeordnete magnetische Elemente in Form von Permanentmagneten 7 eines Stators S dargestellt.

Der Scheibenläufer R ist um eine Drehachse D drehbar gelagert und weist ein vierlagiges, flaches Spulensystem auf, das - in radialer Richtung von außen nach innen betrachtet - einen äußeren Wickelzopf 11 , einen Aktivbereich 12, einen inneren Wickelzopf 13 sowie einen Kollektorbereich 14 aufweist. Der Aktivbereich 12 ist in axialer Richtung, also entlang der Drehachse D betrachtet, gegenüber den Permanentmagneten 7 des Stators S angeordnet, so dass die bei Bestromung des Spulensystems 1 zwischen dem Aktivbereich 12 des Spulensystems 1 und den Permanentmagneten 7 des Stators S wirkenden magnetischen Kräfte in bekannter Weise zu einer Drehbewegung des Scheibenläufers bzw. Rotors R um die Drehachse D führen.

Zur Bestromung des Spulensystems 1 dient dessen Kollektorbereich 14, der den radial innersten Bereich des Spulensystems 1 bildet und der mittels in den Figuren nicht dargestellter Bürsten bzw. Kohlen eines Kommutators bestromt wird.

Wie insbesondere aus den Figuren 3a bis 3c hervorgeht, sind die in vier Ebenen in axialer Richtung übereinander angeordneten Leiterbahnen 101 , 102, 103, 104, die die Wicklungen des Spulensystems 1 bilden, auf den Oberflächen von insgesamt drei in axialer Richtung übereinander angeordneten Leiterplatten 111 , 112, 113 aufgebracht bzw. eingeätzt, also nach der Leiterplattentechnologie hergestellt. Die Leiterplatten 111 , 112, 113 dienen somit als isolierende Trägerschichten der hierauf aufgebrachten insgesamt vier Leitungsschichten 101 , 102, 103, 104, welche die Leiterbahnen des Spulensystems 1 bilden.

Die Begriffe Leitungsschicht und Leiterbahnen werden vorliegend insofern als sinn- und sachverwandte Wörter (Synonyme) verwendet, als die in einer Ebene (auf ein und derselben Oberfläche eines Trägers) angeordneten Leiterbahnen jeweils als eine

Leitungsschicht bezeichnet werden. Die in einer ersten Ebene, auf einer Oberfläche einer

Leiterplatte angeordneten Leiterbahnen 101 werden demnach als eine erste Leitungsschicht 101 bezeichnet; die in einer zweiten Ebene, auf einer anderen Oberfläche einer Leiterplatte angeordneten Leiterbahnen 102 werden als eine zweite Leitungsschicht 102 bezeichnet; usw. Die Leitungsschichten 101, 102, 103, 104 werden also in der Regel jeweils durch eine Vielzahl einzelner, voneinander beabstandeter Leiterbahnabschnitte gebildet und nicht zwingend durch eine einheitliche, durchgehende elektrisch leitende Schicht. Vielmehr steht der Begriff Leitungsschicht 101, 102, 103, 104 jeweils für die Gesamtheit der in ein und derselben Ebene, d.h. auf ein und derselben Oberfläche, ausgeprägten Leiterbahnen 101 , 102, 103, 104.

Dabei sind die beiden axial außen liegenden Leitungsschichten 101 , 104 über eine Vielzahl radial außen liegender elektrischer Kontakte 15a und die beiden axial innen liegenden Leitungsschichten 102, 103 über eine weitere Vielzahl radial außen liegender elektrischer Kontakte 15b elektrisch miteinander verschaltet, also durch die Trägerkörper der Leiterplatten 111 , 112, 113 hindurch elektrisch kontaktiert, wobei die unterschiedlichen Kontakte 15a, 15b versetzt zueinander angeordnet sind.

Ferner sind die Leiterbahnen jeweils einer der beiden axial außen liegenden Leitungsschichten 101 , 104 mit den Leiterbahnen jeweils einer der beiden axial innen liegenden Leitungsschichten 102 bzw. 103 über eine Vielzahl radial innen liegender elektrischer Kontakte 16a bzw. 16b elektrisch miteinander verschaltet, also durch die Trägerkörper der Leiterplatten 111 , 112, 113 hindurch elektrisch kontaktiert, wobei die unterschiedlichen Kontakte 16a, 16b versetzt zueinander angeordnet sind.

Die radial äußeren elektrischen Kontakte 15a, 15b sind dabei jeweils am äußeren Umfang des Spulensystems 1 und damit des Scheibenläufers R angeordnet und die radial inneren elektrischen Kontakte 16a, 16b sind am Übergang vom inneren Wickelbereich 13 zum Kollektorbereich 14 des Spulensystems 1 vorgesehen. Dabei sind die radial inneren bzw. radial äußeren elektrischen Kontakte 15a, 15b und 16a, 16b jeweils versetzt zueinander angeordnet, um eine zuverlässige elektrische Trennung der Kontaktstellen sicherzustellen.

Eine axial außen liegende Leitungsschicht 104 ist in radialer Richtung nach innen weiter geführt als die anderen Leitungsschichten 101 , 102, 103 und bildet dort den

Kollektorbereich 14, in dem sich die Leiterbahnen der besagten axial außen liegenden

Leitungsschicht 104 in radialer Richtung bezüglich der Drehachse D erstrecken, und zwar vom inneren Wickelzopf 13 ausgehend in radialer Richtung nach innen.

Die weiteren Leitungsschichten 101 , 102, 103 erstrecken sich zwar ebenfalls über den inneren Wickelzopf 13 hinaus in radialer Richtung nach innen in Richtung auf die

Drehachse D; sie sind jedoch jenseits des inneren Wickelzopfes 13 durch erste isolierende Abschnitte 11 elektrisch gegenüber den weiter außen liegenden Abschnitten der entsprechenden Leitungsschichten 101 , 102, 103 isoliert und bilden einen an den inneren Wickelzopf 13 nach innen anschließenden äußeren Dichtring 5, der koaxial zur Drehachse D verläuft und gleichzeitig zur Stabilisierung des Spulensystems dient.

Jenseits des Kollektorbereiches 14 ist auch die den Kollektorbereich 14 bildende axial äußere Leitungsschicht 104 mittels eines weiteren Isolationsabschnittes 12 elektrisch isoliert und bildet dort zusammen mit den ebenfalls elektrisch isolierten Abschnitten der drei weiteren Leitungsschichten einen inneren Dichtring 6, der sich ebenfalls koaxial zur Drehachse D erstreckt und ebenfalls zusätzlich zur Stabilisierung des Spulensystems beiträgt. Der innere Dichtring 6 schließt dabei gleichzeitig das Spulensystem 1 in radialer Richtung nach innen ab.

Radial nach innen schließt sich an das Spulensystem 1 weiterhin eine Nabe 3 an, die einerseits ein Lager (Lagerbund 31) für ein Abtriebsritzel 4 bildet und die andererseits einen sich axial an das Lager radial nach außen anschließenden Stützbschnitt 32 aufweist, der einen Aufnahmebereich 34 definiert, der das Spulensystem 1 am inneren Dichtring 6 umgreift.

Auf der dem Kollektorbereich 14 in axialer Richtung abgewandten Seite des Spulensystems weist der Stützabschnitt 32 der Nabe 3 einen Fortsatz 33 auf, der sich bis zum inneren Wickelbereich 13 des Spulensystems 1 erstreckt und dadurch gemeinsam mit dem Stützabschnitt 32 der Nabe 3 zur Stabilisierung des Scheibenläufers 1 beiträgt.

Die Nabe 3 wird bevorzugt durch Spritzgießen erzeugt, und zwar in der Weise, dass das fertige, auf den Trägerkörpern der Leiterplatten 111 , 112, 113 ausgebildete Spulensystem in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt in diesem in seinem zentralen Bereich mit der Nabe 3 umspritzt wird.

An dem hohlzylindrischen Lagerbund 31 der Nabe 3 ist als Abtriebselement 4 ein Zahnrad bzw. Ritzel gelagert, das mit einem Lagerabschnitt 40 den Lagerbund 31 der

Nabe 3 durchgreift und das an seinem axial aus dem Lagerbund der Nabe 3 herausragenden Endabschnitt mit einer Außenverzahnung 45 versehen ist. Dieses Ritzel kann entweder in den Lagerbund 31 der Nabe 3 eingepresst sein oder alternativ in dem Spritzgusswerkzeug, in dem die Nabe 3 am Spulensystem 1 angespritzt wird, von dem Lagerbund 31 der Nabe 3 umspritzt werden.

Alternativ zu einer aus Kunststoff bestehenden, am Spulensystem 1 angespritzten Nabe 3 kann auch eine separate, am Spulensystem zu befestigende Nabe, z. B. aus einem Leichtmetall (Aluminium) verwendet werden.

Am äußeren Umfang des Spulensystems 1 bilden die Leitungsschichten 101 , 102, 103, 104 sowie die zugehörigen elektrischen Kontakte 15a, 15b vorteilhaft eine optisch abtastbare Regelkontur, die eine Positions- und Geschwindigkeitsmessung durch optische Abtastung ermöglicht.

Die Erfindung wurde vorliegend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert, bei dem das Spulensystem als vierlagiges System durch insgesamt vier Leitungsschichten gebildet wird, die jeweils auf einer Oberfläche eines Leiterplattenträgers angeordnet sind. Das Spulsystem kann jedoch auch mehr als vier Lagen, insbesondere sechs Lagen aufweisen, oder alternativ weniger als vier Lagen, z.B. zwei Lagen.

Dabei kann die den Kollektorbereich bildende Leitungsschicht aus einem anderen Material bestehen als die übrigen Leitungsschichten, um das Kommutierungssystem im Hinblick auf die Kommutierungseigenschaften zu optimieren. Ferner kann die den Kollektorbereich bildende Leitungsschicht eine von den anderen Leitungsschichten abweichende Dicke aufweisen, um das System im Hinblick auf Wärmeleitung und Stabilität zu optimieren.