DE102015200866A1

DE102015200866A1 - Motoranordnung

Info

Publication number: DE102015200866A1
Application number: DE102015200866.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Maier
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-01-20
Filing date: 2015-01-20
Publication date: 2016-07-21
Also published as: CN105811640A; US20160211727A1

Abstract

Es wird eine Motoranordnung mit einem in einem Gehäuse (1) angeordneten Motor (2) mit einer Ansteuerelektronik (3) und einem Kühlkörper (4), wobei der Kühlkörper (4) und die Ansteuerelektronik (3) mit Umspritzmaterial (5) als mediendichte Einheit umspritzt sind, und wobei die mediendichte Einheit kühlkörperseitig an dem Gehäuse (1) des Motors (2) befestigt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motoranordnung mit einem in einem Gehäuse angeordneten Motor gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Beispielsweise aus der Druckschrift WO 2004/025812 A1 ist eine Anordnung zum Unterbringen der Leistung- und Steuerelektronik eines Elektromotors bekannt. Bei der bekannten Anordnung ist ein Gleichstrommotor vorgesehen, dessen Leistungselektronik und Steuerelektronik in einem zwischen dem Gleichstrommotor und dem Kühlkörper vorgesehenen Aufnahmeraum angeordnet ist. Der Kühlkörper weist an der dem Aufnahmeraum der Leistungselektronik und Steuerelektronik abgewandten Seite um den Umfang gleichmäßig verteilte Kühlrippen auf, deren Zwischenräume von Umgebungsluft durchströmt sind. Auf diese Weise wird die bei der Leistungselektronik und der Steuerelektronik auftretenden Abwärme über den Kühlkörper an die Umgebung konvektiv abgeleitet.
Nachteilig ist bei dieser Anordnung, dass bei Einsatz der Anordnung zum Beispiel in einem Getriebe oder in einer anderen Umgebung die hohe Umgebungstemperaturen aufweist, keine Wärmeabfuhr an die Umgebung möglich ist, so dass eine Überhitzung der Anordnung auftritt, welches die Lebensdauer verringert. Ferner ist die Abdichtung über konstruktiv aufwändig gestaltete Deckel und Dichtungen sowie zusätzliche Bauteile erforderlich, welches nicht nur kostenintensiv ist, sondern auch erheblichen Bauraum erfordert und somit den Einsatzbereich erheblich einschränkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Motoranordnung der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, bei der auch bei hohen Umgebungstemperaturen eine ausreichende Wärmeabfuhr der Ansteuerelektronik gewährleistet und zudem konstruktiv einfach gestaltet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie der Zeichnung.
Somit wird eine Motoranordnung mit einem in einem Gehäuse angeordneten Motor, zum Beispiel einem Elektromotor mit einer Ansteuerelektronik, und einem Kühlkörper vorgeschlagen, wobei der Kühlkörper und die Ansteuerelektronik mit Umspritzmaterial als mediendichte Einheit umspritzt ist, wobei die mediendichte Einheit kühlkörperseitig an dem Gehäuse des Motors befestigt ist.
Die vorgeschlagene Motoranordnung weist eine feste integrale nicht mehr demontierbare in sich geschlossene und mediendichte Einheit von Kühlkörper und Ansteuerelektronik auf, wobei der Kühlkörper so angeordnet ist, dass die Wärme der Ansteuerelektronik direkt an das Gehäuse abgegeben werden kann. Der integrierte Kühlkörper ist idealerweise zwischen dem Motor und der Ansteuerelektronik angeordnet und dient quasi als Schraubverbindung zwischen Gehäuse des Motors und der Ansteuerelektronik. Die mediendichte Einheit ist nicht nur kostengünstig und sicher gegenüber Beeinflussungen aus der Umgebung, sondern bietet den weiteren Vorteil, dass über die Einheit eine Entwärmung zum Gehäuse des Motors aufgrund einer definierten Wärmesenke mit guter Wärmeabfuhr realisiert wird. Durch die Umspritzung von Kühlkörper und Ansteuerelektronik wird keine weitere Abdichtung der elektronischen Bauteile der Ansteuerelektronik erforderlich, welches die Herstellungskosten reduziert. Zudem ergibt sich eine kompakte Aufbauweise, die einen minimalen Bauraumbedarf hat.
Darüber hinaus ist bei der Ansteuerelektronik eine vorgesehene Leiterplatte auch doppelseitig bestückbar, da diese mit dem Kühlkörper vollständig umspritzt ist. Der Kühlkörper ist vorzugsweise aus Aluminium zum Beispiel als Aludruckgussteil ausgeführt, um eine optimale Wärmeabfuhr sicherzustellen. Der Kühlkörper kann aufgrund seiner erfindungsgemäßen Ausgestaltung als Einheit zusätzlich als EMV-Abschirmung dienen, um die gesamte Anordnung von elektrischen und/oder magnetischen Feldern abzuschirmen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kühlkörper an einer offenen Flanschseite des Gehäuses des Motors derart befestigt ist, dass die Wärme der Ansteuerelektronik über den Kühlkörper an das die Wärmesenke bildende Gehäuse des Motors abgeleitet wird. Auf diese Weise erfüllt der Kühlkörper zum einen die Funktion, dass eine Wärmespreizung und Wärmeabfuhr in Richtung des Motorgehäuses und zum Anschlussflansch des Gehäuses realisiert wird, da eine stabile Flanschtemperatur an dem Gehäuse des Motors vorliegt. Als weitere Funktion bildet der Kühlkörper eine Dichtebene zum Motorgehäuse bzw. zur Abdeckung, die das offene Motorgehäuse schließt und den Kühlkörper sowie die Ansteuerelektronik an dem Gehäuse des Motors befestigt. Es ist zum Beispiel auch denkbar, dass die Umspritzung der Einheit von Kühlkörper und Ansteuerelektronik auch auf den Verbindungsbereich zwischen dem Motorgehäuse und dem Kühlkörper erweitert wird.
Bei der vorgeschlagenen Motoranordnung kann die Ansteuerelektronik zum Beispiel als Endstufen so genannte Reverse-Mosfets aufweisen, die in vorteilhafter Weise die entstehende Wärme direkt an den Kühlkörper ableiten können. Die sogenannten Leistungs-Mosfets sind spezialisierte Metalloxid-Halbleiter-Feldfeldeffekttransistoren, welche eine besonders hohe Leistungsdichte aufweisen. Als weitere Transistoren können Elektrolyttransistoren und/oder so genannte SMD-Kondensatoren vorgesehen sein. Die vorgenannten Bauteile können als elektronische Bauelemente auf einer Leiterplatte der Ansteuerelektronik bauraumgünstig z.B. auf der Oberfläche montiert werden. Die Ansteuerelektronik bildet somit zumindest die Leistungselektronik und die Steuerelektronik des Motors.
Vorzugsweise kann die vorgeschlagene Motoranordnung in Fahrzeuggetrieben eingesetzt werden, bei denen aufgrund des vorhandenen Hydraulikmittels hohe Umgebungstemperaturen und aggressive Umgebungsbedingungen herrschen. Es sind auch andere Anwendungsgebiete denkbar.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnung weiter erläutert.
Die einzige Figur der Erfindung zeigt eine schematische Ansicht einer möglichen Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Motoranordnung mit einem in einem Gehäuse 1 angeordneten Motor 2, zum Beispiel einem Elektromotor oder dergleichen, mit einer Ansteuerelektronik 3 und einem Kühlkörper 4, zum Beispiel als Aludruckgusskörper. Die vorgeschlagene Motoranordnung kann bevorzugt in einem Getriebegehäuse, zum Beispiel als Aktuator oder dergleichen, eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kühlkörper 4 und die Ansteuerelektronik 3 mit Umspritzmaterial als Umspritzungsbereich 5 als mediendichte Einheit umspritzt sind, wobei die mediendichte Einheit kühlkörperseitig an dem Gehäuse 1 des Motors 2 befestigt ist.
Wie aus der Figur ersichtlich ist, ist der Kühlkörper 4 als Einheit mit der Ansteuerelektronik 3 an einer offenen Flanschseite des Gehäuses 1 derart befestigt, dass die Wärme der Ansteuerelektronik 3 über den Kühlkörper 4 an das eine Wärmesenke bildende Gehäuse 1 des Motors 2 abgeleitet wird. Auf diese Weise erfolgt eine Entwärmung über das eingespritzte Aludruckgussteil bzw. über den Kühlkörper 4 zum Motor aufgrund stabiler Flanschtemperatur, so dass eine Entwärmung nicht über Konvektion zur Umgebungsluft, sondern über das Gehäuse 1 des Motors 2 eine besonders hohe Wärmeabfuhr ermöglicht.
Die Anbindung der Einheit von Kühlkörper 4 und Ansteuerelektronik 3 bildet gleichzeitig die Dichtebene zum Gehäuse 1 des Motors 2 und verschließt somit das offene Gehäuse 1 an der Flanschseite. Hieraus ergibt sich zudem eine besonders einfache Montage, da nur die Einheit direkt an dem Gehäuse 1 des Motors 2 montiert wird und somit keine weiteren Abdeckungen erforderlich sind. Durch die Umspritzung der Einheit ist auch keine weitere Abdichtung zwischen Kühlkörper 4 und Ansteuerelektronik 3 erforderlich.
Der Kühlkörper 4 weist eine Aufnahme 6 zum Aufnehmen der Motorwelle 7 auf, wobei ein Ende der Motorwelle 7 der Ansteuerelektronik 3 zum Sensierung der Motorwellenposition zugeordnet ist. Auf diese Weise kann die Sensierung der Motorposition direkt über die Motorwelle 7 durch klassische Verfahren zum Beispiel mit aufgeklebten Magneten auf der Motorwelle 7 oder durch induktive Sensorik kostengünstig erfolgen. Es ist auch möglich, dass das der Ansteuerelektronik 3 zugewandte Ende der Motorwelle 7 eine spezielle Kontur aufweist, die über einen induktiven Sensor der Ansteuerelektronik 3 erfassbar ist.
Die Ansteuerelektronik 3 umfasst eine mit elektronischen Bauelementen bestückte Leiterplatte 8, an der ein ebenfalls mediendicht eingespritzter Steuergerätestecker 9 vorgesehen ist. Die Motorwicklungen bzw. die Motorphasenkontakte 10 werden durch eine Ausnehmung 11 des Kühlkörpers 4 zur Leiterplatte 8 der Ansteuerelektronik 3 geführt und entweder über Federkontakte oder auch über Pressfit-Verbindungen direkt mit der Leiterplatte 8 der Ansteuerelektronik 3 verbunden.
Die Ansteuerelektronik 3 umfasst als Bauelemente Elektrolytkondensatoren 12, die über ein thermisch leitfähiges Material 16 direkt an den Kühlkörper 4 angebunden sind. Hierzu können die Elektrolytkondensatoren 12 in einer zugeordneten Aussparung 13 des Kühlkörpers 4 angeordnet sein, umso vor dem Umspritzen geschützt zu sein. Des Weiteren umfasst die Leiterplatte 8 bzw. die Ansteuerelektronik 3 Endstufen als Reverse-Mosfets 14. Die Reverse-Mosfets 14 sind in einer Aussparung 15 des Kühlkörpers 4 angeordnet und können die Abwärme über ein thermisch leitfähiges Material 16 direkt an den Kühlkörper 4 ableiten. Der Bereich der Aussparung 15 zwischen der Leiterplatte 8 und dem Kühlkörper 4 ist mit Umspritzmaterial 5 gefüllt.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Motor
3: Ansteuerelektronik
4: Kühlkörper
5: Umspritzmaterial bzw. Umspritzungsbereich
6: Aufnahme
7: Motorwelle
8: Leiterplatte
9: Steuergerätestecker
10: Motorphasenkontakt
11: Ausnehmung
12: Elektrolytkondensator
13: Aussparung
14: Endstufen als Reverse-Mosfet
15: Aussparung
16: thermisch leitfähiges Material

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2004/025812 A1 [0002]

Claims

Motoranordnung mit einem in einem Gehäuse (1) angeordneten Motor (2) mit einer Ansteuerelektronik (3) und einem Kühlkörper (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (4) und die Ansteuerelektronik (3) mit Umspritzmaterial (5) als mediendichte Einheit umspritzt sind, wobei die mediendichte Einheit kühlkörperseitig an dem Gehäuse (1) des Motors (2) befestigt ist.
Motoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (4) an einer offenen Flanschseite des Gehäuses (1) derart befestigt ist, dass die Wärme der Ansteuerelektronik (3) über den Kühlkörper (4) an das eine Wärmesenke bildende Gehäuse (1) des Motors (2) ableitbar ist.
Motoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (4) eine Aufnahme (6) zum Aufnehmen der Motorwelle (7) aufweist, wobei ein Ende der Motorwelle (7) der Ansteuerelektronik (3) zum Sensieren der Motorwellenposition zugeordnet ist.
Motoranordnung nach 3, dadurch gekennzeichnet, dass das der Ansteuerelektronik (3) zugewandte Ende der Motorwelle (7) eine spezielle Kontur aufweist, die über einen induktiven Sensor der Ansteuerelektronik (3) erfassbar ist.
Motoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorphasenkontakte (10) durch eine Ausnehmung (11) des Kühlkörpers (4) geführt sind und über Federkontakte direkt mit einer Leiterplatte (8) der Ansteuerelektronik verbunden sind.
Motoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorphasenkontakte (10) durch eine Ausnehmung (11) des Kühlkörpers (4) geführt sind und über Pressfit-Verbindungen direkt mit einer Leiterplatte (8) der Ansteuerelektronik (3) verbunden sind.
Motoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der umspritzten Ansteuerelektronik (3) ein Steuergerätestecker (9) mediendicht eingespritzt ist.
Motoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Endstufen der Ansteuerelektronik als Reverse-Mosfet (14) ausgeführt sind und die entstehende Wärme über ein thermisch leitfähiges Material (16) direkt an den Kühlkörper (4) ableitbar ist.
Motoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (4) als EMV-Abschirmung vorgesehen ist.
Motoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerelektronik (3) zumindest einen Elektrolytkondensator (12) aufweist, der über ein thermisch leitfähiges Material (16) direkt an den Kühlkörper (4) angebunden ist.
Motoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerelektronik (3) zumindest einen Elektrolytkondensator (12) umfasst, der in einer Aussparung (13) des Kühlkörpers (4) angeordnet ist.
Motoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerelektronik (3) zumindest einen Elektrolytkondensator (12) als SMD-Kondensator umfasst.