Elektrisches Kfz-Nebenaggregat

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Kfz-Nebenaggregat (10); das einen elektrischen Antriebsmotor (12) aufweist. der Antriebsmotor (12) ist als elektronisch kommutierter Spaltrohrmotor ausgebildet ist und weist ein Spaltrohr (18) auf, das einen permanentmagnetischen Motorrotor (15) von einem mehrere Statorspulen (24) aufweisenden Motorstator (20) flüssigkeitsdicht trennt. Der Antriebsmotor (12) weist eine Trennwand (30) und eine Motorsteuerung (50) auf, wobei die Trennwand (30) im Wesentlichen in einer Querebene angeordnet ist und die Motorsteuerung (50) flüssigkeitsdicht von dem Motorrotor (15) trennt. Die Motorsteuerung (50) weist einen Platinenkörper (52) auf, der im Wesentlichen in einer Querebene angeordnet und an der Trennwand (30) befestigt ist. Die Trennwand (30) weist mindestens zwei axiale Stütznoppen (34,35) auf, auf denen der Platinenkörper (52) mit seiner proximalen Seite (53) axial abgestützt ist. Es ist mindestens ein Befestigungselement (40) vorgesehen, durch das der Platinenkörper (52) axial an der Trennwand gehalten wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Kfz-Nebenaggregat, das einen elektrischen Antriebsmotor aufweist, der als elektronisch kommutierter Spaltrohrmotor ausgebildet ist.

[0002] Das Kfz-Nebenaggregat kann beispielsweise eine Flüssigkeitspumpe, eine Vakuumpumpe oder ein Steller sein. Insbesondere bei einer Flüssigkeitspumpe bietet der Spaltrohrmotor den Vorteil, dass eine Leckage über eine Wellendichtung konstruktionsbedingt nicht auftreten kann. Bei einem Spaltrohrmotor kommt eine mechanische Kommutierung nicht in Frage, so dass stets eine elektronische Motorsteuerung vorhanden ist, die die Statorspulen bestromt.

[0003] Aus EP 2 476 914 A1 ist ein als Kühlmittelpumpe ausgebildetes Kfz-Nebenaggregat bekannt, bei dem der Antriebsmotor eine in einer Querebene liegende Trennwand aufweist, durch die die elektronische Motorsteuerung flüssigkeitsdicht von dem Motorrotor, der sich auf der Nassseite befindet, abgetrennt ist. Die Leistungshalbleiter der Motorsteuerung sind auf der proximalen Seite eines in einer Querebene liegenden Platinenkörpers angeordnet. Die proximale Seite des Platinenkörpers weist Leiterbahnen auf, die für eine gute Wärmeableitung unmittelbar auf der Trennwand aufliegen. Für die auf der proximalen Seite angeordneten Leistungshalbleiter sind entsprechende Ausnehmungen in der Trennwand vorgesehen. Die Herstellung der Trennwand ist hierdurch sehr aufwändig.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrisches Kfz-Nebenaggregat mit einem elektronisch kommutierten Spaltrohr-Antriebsmotor zu schaffen, bei dem die Motorsteuerung auf preiswerte Weise bei hoher Betriebszuverlässigkeit fixiert ist.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Kfz-Nebenaggregat mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

[0006] Das erfindungsgemäße Kfz-Nebenaggregat weist eine Trennwand mit mindestens zwei axialen Stütznoppen auf, die in distaler Richtung von der Trennwand axial emporragen, also in Richtung des Platinenkörpers der Motorsteuerung. Die Stütznoppen dienen nicht der Befestigung des Platinenkörpers an der Trennwand, sondern nur der Beabstandung. Ferner ist mindestens ein Befestigungselement vorgesehen, durch das der Platinenkörper axial an der Trennwand festgehalten wird, durch das der Platinenkörper also axial in Richtung der Trennwand gezogen und an dieser festgehalten wird. Besonders bevorzugt ist ein einziges Befestigungselement vorgesehen.

[0007] Die Montage der Motorsteuerung an der Trennwand ist einfach, da nur ein einziges Befestigungselement appliziert und fixiert werden muss. Die exakte axiale Anordnung des Platinenkörpers, der in der Regel in einer Querebene stehend und ungefähr parallel zu der Trennwand angeordnet ist, wird im Wesentlichen durch die Stütznoppen eingestellt.

[0008] Besonders bevorzugt weist die Trennwand drei axiale Stütznoppen auf, so dass hierdurch bereits eine kippfreie Beabstandung des gesamten Platinenkörpers im Bezug auf die Trennwand sichergestellt ist, bevor das Befestigungselement appliziert wird. Die drei Stütznoppen sind hierzu nicht in einer Linie zueinander angeordnet, sondern bilden die drei Ecken eines möglichst gleichseitigen Dreiecks.

[0009] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die proximale Platinenkörper-Seite mit Leiterbahnen beschichtet, weist also eine Leiterbahn-Beschichtung auf. Die Leiterbahn-Beschichtung bzw. die gesamte proximale Platinenkörper-Seite ist bevorzugt ferner mit einer elektrisch nicht-leitenden Lackschicht beschichtet. An allen Auflagepunkten, an denen der Platinenkörper jeweils auf den Stütznoppen aufliegt, ist jeweils eine beschichtungsfreie Zone vorgesehen, die leiterbahnfrei ist. Ein Kfz-Nebenaggregat ist ständig fremderzeugten und selbsterzeugten Vibrationen und Erschütterungen ausgesetzt. Da der Platinenkörper im Bereich der Auflagepunkte an den Stütznoppen nur abgestützt ist, jedoch sich radial im Prinzip frei bewegen kann, treten an den Auflagepunkten unvermeidlich radiale Relativbewegungen auf. Hierdurch wird auf der proximalen Platinenkörper-Seite Material in Form von Abrieb abgetragen. Da um die Auflagepunkte herum jeweils eine beschichtungsfreie Zone vorgesehen ist, kann hier nicht zu Leiterbahnabrieb kommen, der elektrisch leitend wäre und zu unerwünschten Kriechströmen oder Kurzschlüssen führen könnte. Durch das Vorsehen der beschichtungsfreien Zonen an allen Auflagepunkten wird die Betriebssicherheit auch langfristig erhöht.

[0010] Vorzugsweise weisen die beschichtungsfreien Zonen eine radiale Mindest-Erstreckung von mindestens 4,0 mm, und besonders bevorzugt von mindestens 6,0 mm auf. Hierdurch wird auch bei relativ großen radialen Relativbewegungen zwischen dem Platinenkörper und der Trennwand sichergestellt, dass kein leiterbahnabtrieb erzeugt wird.

[0011] Grundsätzlich können die Stütznoppen als separate Elemente auf der Trennwand befestigt sein, so dass bei dieser Konstellation für die Stütznoppen ein anderes Material gewählt werden kann als für die Trennwand. Bevorzugt sind die Stütznoppen aber einstückig mit der Trennwand ausgebildet. Die Stütznoppen bestehen dann aus demselben Material, wie die Trennwand, was in der Praxis häufig Aluminium ist. Durch die Einstückigkeit ist die Herstellung einfach und preiswert. Allerdings ergibt sich hieraus, dass die Stütznoppen aus einem relativ harten Material, nämlich in der Regel aus Aluminium bestehen. In diesem Zusammenhang ist das Vorsehen einer beschichtungsfreien Zone im Bereich der Auflagepunkte von besonderer Bedeutung, da der Abrieb an den Auflagepunkten praktisch ausschließlich von dem Platinenkörper und seinen Beschichtungen kommt.

[0012] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Motorsteuerung mehrere Leistungshalbleiter zum Ansteuern der Motorspulen auf, wobei die Leistungshalbleiter auf Leiterbahnen auf der proximalen Platinenkörper-Seite angeordnet sind, also auf der Seite, die zu dem Motorrotor orientiert ist. Durch die durch die Stütznoppen hergestellte Beabstandung des Platinenkörpers von der Trennwand kann auch die proximale Platinenkörper-Seite problemlos mit Bauteilen bestückt werden. Besonders bietet sich hierzu die Bestückung mit den Leistungshalbleitern an, da diese auf diese Weise über relativ kurze Wege und mit einem geringstmöglichen Wärmeleitungs-Widerstand über die Trennwand gekühlt werden können, die ihrerseits im Falle einer Flüssigkeitspumpe durch die Förderflüssigkeit von der Nassseite aus effektiv gekühlt wird.

[0013] Vorzugsweise ist zwischen einer Leiterbahn auf der proximalen Platinenkörper-Seite und der Trennwand Wärmeleitmasse vorgesehen, durch die die Wärme von den proximalen Leiterbahnen mit relativ geringem Wärmeleit-Widerstand zu der Trennwand abgeleitet wird. Dies ist insbesondere dann hilfreich, wenn die Leistungshalbleiter auf großflächigen Leiterbahnen appliziert sind, so dass auf diese Weise über einen relativ kurzen Weg bei relativ geringem Wärmeleit-Widerstand viel Wärme von den Leistungshalbleitern über die Leiterbahnen und die Wärmeleitmasse zu der Trennwand abgeführt werden kann. Die Wärmeleitmasse muss hierbei keine tragende oder fixierende Funktion ausüben.

[0014] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Befestigungselement von einer Schraube gebildet, durch die der Platinenkörper in Richtung Trennwand gespannt wird. Eine rotatorische Fixierung der Platine kann alternativ oder ergänzend durch einen entsprechenden Formschluss am Außenrand des Platinenkörpers einerseits und der Innenseite des Motorgehäuses bzw. -Rahmens andererseits sichergestellt werden. Für die Montage der Motorsteuerung bedeutet dies, dass nach der Applizierung der Wärmeleitmasse der bestückte Platinenkörper in das Motorgehäuse eingesetzt und auf die Stütznoppen aufgelegt wird, woraufhin die Schraube eine entsprechende Öffnung in dem Platinenkörper gesteckt und in die Trennwand eingeschraubt wird.

[0015] Vorzugsweise ist zwischen der proximalen Platinenkörper-Seite und der Trennwand eine Stützhülse vorgesehen, die das Befestigungselement radial umgibt, so dass der Platinenkörper durch die Stützhülse axial abgestützt ist. Hierdurch wird vermieden, dass der Platinenkörper durch das Befestigungselement zu nah an die Trennwand herangezogen werden kann. Die Stützhülse kann einstückig mit dem Befestigungselement ausgebildet sein, ist bevorzugt jedoch ein separates Element. Die Stützhülse und das Befestigungselement können elektrisch leitend ausgebildet sein, und können auf diese Weise eine zuverlässige Masse-Verbindung zwischen Masse-Leiterbahnen auf beiden Seiten des Platinenkörpers einerseits und der Trennwand andererseits herstellen. Besonders bevorzugt ist die axiale Länge der Stützhülse geringer als die axiale Länge der Stütznoppen, wobei die Differenz höchstens im einstelligen Millimeterbereich liegt. Hierdurch kann eine axiale Vorspannung des Platinenkörpers in Bezug auf die Trennwand eingestellt werden. Durch die Vorspannung wird verhindert, dass die Platine im Bereich der Stütznoppen- Auflagepunkte durch Vibrationen kurzzeitig von den Stütznoppen abhebt und anschließend wieder auf die Stütznoppen aufschlägt.

[0016] Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 schematisch einen Längsschnitt eines elektrischen Kfz-Nebenaggregats, das einen elektrischen Antriebsmotor aufweist, und

Figur 2 schematisch eine Trennwand und eine Motorsteuerung des Antriebsmotors ähnlich der Figur 1 in vergrößerter und detaillierterer Darstellung, wobei beide Figuren 1 und 2 rein schematische Darstellungen sind und deshalb bezüglich bestimmter Anordnungen und Proportionen voneinander abweichen.

[0017] In der Figur 1 ist ein elektrisches Kfz-Nebenaggregat 10 dargestellt, das vorliegend als eine Kfz-Kühlmittelpumpe ausgebildet ist. Das Kfz-Nebenaggregat 10 weist einen elektrischen Antriebsmotor 12 auf, der ein Impeller-Pumpenrad 16 antreibt. Der Antriebsmotor 12 ist als sogenannter Spaltrohr-Antriebsmotor ausgebildet. Der elektronisch kommutierte Antriebsmotor 12 weist einen außenliegenden bespulten Motorstator 20 auf, der durch ein zylindrisches Spaltrohr 18 flüssigkeitsdicht getrennt ist von einem permanentmagnetischen Motorrotor 15, der drehfest auf einer Rotorwelle 14 fixiert ist. Auch das Pumpenrad 16 ist drehfest auf der Rotorwelle 14 fixiert. Die Rotorwelle 20 dreht sich um eine Antriebsmotor-Axiale Z.

[0018] Der Motorstator 20 weist einen Leitkörper 22 und mehrere Statorspulen 24 auf, die auf den Leitkörper 22 aufgewickelt sind. Der bürstenlose Antriebsmotor 12 weist eine elektronische Motorsteuerung 50 auf, die die elektronische Kommutierung vornimmt und durch die die Statorspulen 24 mit elektrischer Energie versorgt werden. Der Antriebsmotor 12 weist ein mehrteiliges Gehäuse 26 auf, das das Spaltrohr 18 trägt und den Motorstator 20 und die Motorsteuerung 50 umgibt und abschirmt.

[0019] Axial zwischen dem Motorstator 20, dem Spaltrohr 18 und dem Motorrotor 15 einerseits und der elektronischen Motorsteuerung 50 andererseits ist in einer Querebene liegend eine Trennwand 30 vorgesehen, die das Spaltrohr 18 in einer Ringnut trägt. Ferner ist in einer axialen Ausnehmung auf der Nassseite der Trennwand 30 ein Wellenlager 32 vorgesehen, durch das die Rotorwelle 14 drehbar gelagert ist. Die Trennwand 30 trennt insbesondere einen Nassraum, in dem der Motorrotor 15 angeordnet ist, flüssigkeitsdicht von einem Trockenraum, in dem die Motorsteuerung 50 angeordnet ist.

[0020] Auf der distalen Seite der Trennwand 30 ist die Motorsteuerung 50 in einem trockenen Steuerungsraum angeordnet. Die Motorsteuerung 50 wird im Wesentlichen von einer beidseitig mit aktiven und passiven elektronischen Bauelementen 56,62 bestückten Platinenkörper 52 gebildet, der in einer Querebene angeordnet ist, also quer zu der Antriebsmotor-Axialen Z.

[0021] An der distalen Seite der Trennwand 30 sind in dem von dem Platinenkörper 52 bedeckten Bereich drei axiale Stütznoppen 34,35 vorgesehen, die ungefähr so angeordnet sind, dass sie die Eckpunkte eines gleichseitigen Dreiecks bilden, dessen Mittelpunkt ungefähr die Antriebsmotor-Axiale Z ist. Die Stütznoppen 34,35 sind einstückig mit der aus Aluminium bestehenden Trennwand 30 ausgebildet. Der Platinenkörper 52 weist auf beiden Seiten Leiterbahnen 54,60 auf, die vorliegend nur als eine homogene Leiterbahn-Schicht dargestellt sind. Die Leiterbahnen 54,60 verbinden die elektronischen Bauelemente 62,56 elektrisch miteinander. Auf der proximalen Seite des Platinenkörpers 52 sind als elektronische Bauelemente mehrere Leistungshalbleiter 56 appliziert. Durch die Leistungshalbleiter 56 werden über entsprechende elektrische Versorgungsleitungen 64 die Statorspulen 24 mit elektrischer Energie versorgt.

[0022] An den drei Auflagepunkten 55, an denen der Platinenkörpers 52 jeweils auf den Stütznoppen 34,35 aufliegt, ist eine beschichtungsfreie Zone 57 vorgesehen, die leiterbahnfrei ist. Die beschichtungsfreie Zone 57 ist vorliegend ungefähr kreisrund ausgebildet und weist einen Durchmesser von 5-6 mm auf.

[0023] Ungefähr in der Mitte des kreisrunden Platinenkörpers 52 ist ein Befestigungselement 40 vorgesehen, das vorliegend von einer Schraube gebildet wird, die durch eine entsprechende zentrale Öffnung bzw. axiale Bohrung des Platinenkörpers 52 gesteckt und in eine korrespondierende Gewindebohrung der Trennwand 30 eingeschraubt ist. Zwischen der distalen Seite der Trennwand 30 und der proximalen Seite des Platinenkörpers 52 ist eine ringförmige Stützhülse 42 vorgesehen, die das Befestigungselement 40 radial umgibt und im Bereich des Befestigungselements 40 den axialen Abstand zwischen dem Platinenkörper 52 und der Trennwand 30 definiert. Die axiale Länge der Stützhülse 42 ist 1-3 mm geringer als die axiale Länge der Stütznoppen 34,35, so dass die Platinenkörper-Mitte axial vorgespannt ist.

[0024] In einem ringförmigen Bereich um das Befestigungselement 40 und die Stützhülse 42 herum sind die Leiterbahnen 54 einerseits und die Trennwand 30 andererseits axial durch eine Wärmeleitmasse 58 thermisch miteinander verbunden. Die Wärmeleitmasse 58 ist vorliegend ringförmig um die Axiale Z und um das Befestigungselement 40 herum angeordnet. Die von den Leistungshalbleitern 56 generierte Wärme wird über die sie tragenden Leiterbahnen und die Wärmeleitmasse 58 auf die Aluminium-Trennwand 30 abgeleitet, die auf Ihrer proximalen Seite durch die Förderflüssigkeit in dem Nassraum aktiv gekühlt wird.

Ansprüche

1. Elektrisches Kfz-Nebenaggregat (10), das einen elektrischen Antriebsmotor (12) aufweist, wobei
der Antriebsmotor (12) als elektronisch kommutierter Spaltrohrmotor ausgebildet ist und ein Spaltrohr (18) aufweist, das einen permanentmagnetischen Motorrotor (15) von einem mehrere Statorspulen (24) aufweisenden Motorstator (20) flüssigkeitsdicht trennt,
der Antriebsmotor (12) eine Trennwand (30) und eine Motorsteuerung (50) aufweist, wobei die Trennwand (30) im Wesentlichen in einer Querebene angeordnet ist und die Motorsteuerung (50) flüssigkeitsdicht von dem Motorrotor (15) trennt,
die Motorsteuerung (50) einen Platinenkörper (52) aufweist, der im Wesentlichen in einer Querebene angeordnet und an der Trennwand (30) befestigt ist,
die Trennwand (30) mindestens zwei axiale Stütznoppen (34,35) aufweist, auf denen der Platinenkörper (52) mit seiner proximalen Seite (53) axial abgestützt ist, und
mindestens ein Befestigungselement (40) vorgesehen ist, durch das der Platinenkörper (52) axial an der Trennwand gehalten wird.

2. Elektrisches Kfz-Nebenaggregat (10) nach Anspruch 1, wobei die proximale Platinenkörper-Seite (53) mit einer Leiterbahn (54) beschichtet ist, wobei an allen Auflagepunkten (55), an denen der Platinenkörper (52) jeweils auf den Stütznoppen (34,35) aufliegt,
eine beschichtungsfreie Zone (57) vorgesehen ist, die leiterbahnfrei ist.

3. Elektrisches Kfz-Nebenaggregat (10) nach Anspruch 2, wobei die beschichtungsfreie Zone (57) eine radiale Mindest- Erstreckung von mindestens 4,0mm, besonders bevorzugt von mindestens 6,0 mm aufweist.

4. Elektrisches Kfz-Nebenaggregat (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Trennwand (30) drei axiale Stütznoppen (34,35) aufweist.

5. Elektrisches Kfz-Nebenaggregat (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Stütznoppen (34,35) einstückig mit der Trennwand (30) ausgebildet sind.

6. Elektrisches Kfz-Nebenaggregat (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Motorsteuerung (50) mehrere Leistungshalbleiter (56) zum Ansteuern der Motorspulen (24) aufweist, wobei die Leistungshalbleiter (56) auf Leiterbahnen (54) auf der proximalen Platinenkörper-Seite (53) angeordnet sind.

7. Elektrisches Kfz-Nebenaggregat (10) nach Anspruch 5, wobei Wärmeleitmasse (58) zwischen einer Leiterbahn (54) auf der proximalen Platinenkörper-Seite (53) und der Trennwand (30) vorgesehen ist.

8. Elektrisches Kfz-Nebenaggregat (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Befestigungselement (40)
von einer Schraube gebildet wird, durch die der Platinenkörper (50) in Richtung Trennwand (30) gespannt wird.

9. Elektrisches Kfz-Nebenaggregat (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zwischen der proximalen Platinenkörper-Seite (52) und der Trennwand (30) eine Stützhülse (42) vorgesehen ist, die das Befestigungselement (40) radial umgibt.

10. Elektrisches Kfz-Nebenaggregat (10) nach Anspruch 9, wobei die axiale Länge der Stützhülse (42) geringer ist als die axiale Länge der Stütznoppen (34,35).

Zeichnung