EP4732408A1

EP4732408A1 - Elektromotor

Info

Publication number: EP4732408A1
Application number: EP24754593.2A
Authority: EP
Inventors: Daniel REINDL
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2023-08-16
Filing date: 2024-07-31
Publication date: 2026-04-29
Also published as: WO2025036711A1; CN121713358A; LU504925B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit eine Aktivbaugruppe, welche einen Stator und einen Rotor umfasst, und einer Elektronikbaugruppe. Um einen verbesserten Elektromotor bereitzustellen, wird vorgeschlagen, dass der Elektromotor eine Abschirmvorrichtung aufweist, welche zwischen der Aktivbaugruppe und der Elektronikbaugruppe angeordnet ist, und dass die Abschirmvorrichtung ein keramisches Material aufweist.

Description

Beschreibung

Elektromotor

Die Erfindung betri f ft einen Elektromotor .

Elektromotoren umfassen üblicherweise eine Aktivbaugruppe aus Stator und Rotor, welche der Drehmomenterzeugung dienen .

Neben der Aktivbaugruppe können Elektromotoren mit einem Motorgeber ausgestattet sein . Der Motorgeber ist in das Motorgehäuse des Elektromotors integriert und von außen oft nicht erkennbar . Motorgeber können hierbei unterschiedliche Funktionen übernehmen . Der Motorgeber übernimmt in vielen Anwendungen eine Doppel funktion :

• Er liefert die von der Stromregelung benötigten Drehzahl- , Kommutierungs- und/oder Lageinformationen und/oder

• dient als Lagegeber für eine im Stellgerät vorhandene Lage rege lung .

Die Leistungsversorgung des Elektromotors erfolgt oft über einen Stromrichter, wie beispielsweise ein Umrichter . Der Umrichter ist hierbei das Leistungsstellglied, das eine Eingangswechselspannung mit einer festen Frequenz , Amplitude und Phasenzahl in eine Ausgangswechselspannung mit variabler Frequenz und Amplitude sowie fester Phasenzahl umwandelt . Umrichter können hierbei dezentral zum Elektromotor aber auch im Motorgehäuse des Elektromotors angeordnet sein .

Der Elektromotor kann somit im Motorgehäuse als Elektronikbaugruppe ferner einen Motorgeber und/oder Stromrichter aufweisen . Innerhalb des Motorgehäuses ist hierbei die Elektronikbaugruppe üblicherweise in axialer Richtung zum Rotor neben der Aktivbaugruppe innerhalb des Motorgehäuses angeordnet . Im Betrieb des Elektromotors wird die durch die Aktivbaugruppe erzeugte thermische Energie innerhalb Elektromotors und somit innerhalb des Motorgehäuses verteilt . Hierbei wird der Bereich des Elektromotors , welcher die Elektronikbaugruppe umfasst durch die Aktivbaugruppe stark erhitzt und thermisch belastet .

Nachteilig hieran ist , dass die Komponenten der Elektronikbaugruppe für diese thermischen Belastungen ausgelegt werden müssen, damit sie im bestimmungsgemäßen Betrieb des Elektromotors diesen thermischen Belastungen standhalten .

Elektronikbaugruppen, wie Geber oder Umrichter, für Elektromotoren werden hierbei beispielsweise auf hohe Temperaturen von z . B . 115 ° C bis 120 ° C spezi fi ziert , damit sie die thermische Belastung im bestimmungsgemäßen Betrieb des Elektromotors standhalten . Ferner werden teilweise Elektromotoren in ihrer Leistungskennlinie begrenzt , um die Elektronikbaugruppe innerhalb des Elektromotors nicht zu überhitzen .

Aus der US 2021 /290929 Al ist ein elektronisches Modul für ein Herzunterstützungssystem, d . h . eine implantierte linksventrikuläre Unterstützungsvorrichtung, mit einem Motorgehäuse und einem elektronischen Teil , die durch ein Kupplungsteil miteinander verbunden sind, um ein flüssigkeitsdichtes Modulgehäuse zu bilden, bekannt .

Aus der US 2015/ 171709 Al ist eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, mit einem I solierelement , das sich parallel zur Achslinie der rotierenden Welle eines Elektromotors erstreckt und mit einer Harzwand versehen ist , um die Position der Motorklemme bezüglich der Motoranschlussklemme zu korrigieren, bekannt .

Aus der US 2012 / 039729 Al ist ein Motor zur Verwendung in einem Kühlgebläse mit wärmeleitendem I solator, der zwischen Kühlplatte und Leiterplatte angeordnet ist und an der Kühlplatte und der Stirnseite der Leiterplatte anliegt , bekannt . Aus der JP2009261118 A ist Motor mit Geber bekannt, welcher eine Keramikbeschichtung aufweist, die auf der der Motorwicklung zugewandten Oberfläche der abtriebsseitigen Halterung aufgebracht ist, um die Übertragung von Wärme und Ferninfrarotstrahlen von der Motorwicklung zum Geber zu verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen verbesserten Elektromotor bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, d.h. durch einen Elektromotor mit einer Aktivbaugruppe, welcher einen Stator und einen Rotor umfasst, einer Elektronikbaugruppe und einer Abschirmvorrichtung, welche zwischen der Aktivbaugruppe und der Elektronikbaugruppe angeordnet ist, wobei die Abschirmvorrichtung ein keramisches Material aufweist, wobei ein Materialanteil des keramischen Materials bezüglich eines Gesamtmaterialanteils der Abschirmvorrichtung (12) wenigstens 50%, vorzugsweise wenigstens 80%, beträgt, wobei der Elektromotor (1) eine Welle (6) aufweist und zwischen der Aktivbaugruppe (2) und der Elektronikbaugruppe (7) ein erstes Lager (13) der Welle (6) angeordnet ist, wobei die Abschirmvorrichtung (12) radial die Welle (6) und/oder das erste Lager (13) umschließt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 15 angegeben.

Die Aktivbaugruppe und Elektronikbaugruppe sind in einem gemeinsamen Motorgehäuse des Elektromotors angeordnet.

Durch die Verwendung des keramischen Materials für die Abschirmvorrichtung und durch die Anordnung der Abschirmvorrichtung zwischen der Aktivbaugruppe und der Elektronikbaugruppe, wird im bestimmungsgemäßen Betrieb des Elektromotors die Elektronikbaugruppe thermisch von der im Betrieb des Elektromotors durch die Aktivbaugruppe erzeugten thermischen Energie abgeschirmt. Durch die Verwendung des keramischen Materials für die Abschirmvorrichtung wird eine ef fektive Wärmedämmschicht zwischen der Aktivbaugruppe und der Elektronikbaugruppe bereitgestellt . Zudem erfolgt durch die Abschirmvorrichtung ferner eine elektrische und/oder magnetische Abschirmung der Elektronikbaugruppe gegenüber der Aktivbaugruppe .

Die Abschirmvorrichtung wirkt folglich als Wärmedämmschicht innerhalb des Elektromotors und reduziert die im Motorgehäuse im Betrieb des Elektromotors statt findende Wärmeübertragung der von der Aktivbaugruppe erzeugten thermischen Energie zur Elektronikbaugruppe .

Ein mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, dass im Betrieb des Elektromotors eine reduzierte Wärmeübertragung von der Aktivbaugruppe zur Elektronikbaugruppe vorliegt . Die Elektronikbaugruppe des Elektromotors kann folglich für eine geringere Temperatur ausgelegt werden, so dass insbesondere Kosten im Bereich der Elektronikbaugruppe eingespart werden können . Zusätzlich oder alternativ kann eine Begrenzung der Leistungskennlinie des Elektromotors , welche durch den von der Aktivbaugruppe verursachten Wärmeeintrags bei der Elektronikbaugruppe bedingt ist , entfallen, so dass ein Elektromotor mit einer höheren Leistung bereitgestellt werden kann .

In einer vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung ist die Abschirmvorrichtung derart ausgebildet , dass die im Motorgehäuse im Betrieb des Elektromotors statt findende Wärmeübertragung der von der Aktivbaugruppe erzeugten thermischen Energie zur Elektronikbaugruppe durch die Abschirmvorrichtung reduziert wird .

In einer vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung ist die Abschirmvorrichtung derart ausgebildet , dass im bestimmungsgemäßen Betrieb des Elektromotors maximal 105 ° C an der Elektronikbaugruppe vorliegt , wohingegen der Bereich der Aktivbaugruppe eine Temperatur von maximal 250 ° C, vorzugsweise maximal 150 ° C, aufweisen kann . Je nachdem, ob ein Synchron- oder Asynchron-Motor vorliegt , kann die maximale Temperatur der Aktivbaugruppe unterschiedlich hoch sein .

Ein Materialanteil des keramischen Materials beträgt bezüglich eines Gesamtmaterialanteils der Abschirmvorrichtung wenigstens 50% , vorzugsweise wenigstens 80% .

Durch die Verwendung eines hohen Materialanteils des keramischen Materials bezüglich des Gesamtmaterialanteils der Abschirmvorrichtung wird eine verbesserte Wärmedämmschicht zwischen der Aktivbaugruppe und der Elektronikbaugruppe bereitgestellt , so dass der durch die Aktivbaugruppe im bestimmungsgemäßen Betrieb des Elektromotors verursachte Wärmeeintrag für die Elektronikbaugruppe reduziert wird .

In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung besteht die Abschirmvorrichtung aus dem keramischen Material .

Die keramisch ausgebildete Abschirmvorrichtung reduziert hierdurch den durch die Aktivbaugruppe im bestimmungsgemäßen Betrieb des Elektromotors verursachte Wärmeeintrag für die Elektronikbaugruppe .

Der Elektromotor weist eine Welle auf und zwischen der Aktivbaugruppe und der Elektronikbaugruppe ist ein erstes Lager der Welle angeordnet , wobei die Abschirmvorrichtung radial die Welle und/oder das erste Lager umschließt .

Vorzugsweise ist die Abschirmvorrichtung als Lagerschild ausgebildet und dient der Lagerung der Welle mittels des ersten Lagers . Vorzugsweise erfolgt hierbei die mechanische Befestigung des ersten Lagers über die Abschirmvorrichtung .

Es ist ebenso denkbar, dass mittels ein separates Lagerschildes , z . B . aus Metall , die mechanische Befestigung des ersten Lagers erfolgt und hierüber die Welle des Motors gelagert wird . Hierbei wäre die Abschirmvorrichtung zwischen dem separaten Lagerschild und der Elektronikbaugruppe angeordnet und würde die Welle derart umschließen, dass ein Drehen der Welle möglich ist . Zur Durchführung der Welle weist die Abschirmvorrichtung eine Öf fnung auf . Vorteilhaft ist der radiale Spalt zwischen der Welle und der Abschirmvorrichtung möglichst kleinzuhalten, insbesondere sollte der Spalt kleiner 20 mm, vorzugsweise kleiner 10 mm, sein . Hierdurch wird eine verbesserte thermische Barriere durch die Abschirmvorrichtung für die Elektronikbaugruppe bereitgestellt .

Es ist ebenso denkbar, dass das erste Lager im Bereich des Endschild-Gehäuseabschnitts angeordnet ist ; d . h . das erste Lager wäre der Elektronikbaugruppe nachgelagert und vorzugsweise mit dem Endschild-Gehäuse mechanisch befestigt . Hierbei wäre die Abschirmvorrichtung zwischen der Aktivbaugruppe und der Elektronikbaugruppe angeordnet und würde die Welle derart umschließen, dass ein Drehen der Welle möglich ist . Zur Durchführung der Welle weist die Abschirmvorrichtung eine Öf fnung auf . Vorteilhaft ist der radiale Spalt zwischen der Welle und der Abschirmvorrichtung möglichst kleinzuhalten, insbesondere sollte der Spalt kleiner 20 mm, vorzugsweise kleiner 10 mm, sein .

Die Abschirmvorrichtung ist vorzugsweise innerhalb des Motorgehäuses feststehend angeordnet , d . h . sie bewegt sich nicht im Betrieb des Elektromotors .

Der Elektromotor umfasst vorzugsweise ein zweites Lager, welches die Welle auf der von der Elektronikbaugruppe abgewandten Seite (A-Seite ) des Elektromotors lagert .

In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung verdeckt die Abschirmvorrichtung vorzugsweise vollständig die Aktivbaugruppe an ihrer zur Elektronikbaugruppe ausgerichteten Seitenfläche .

In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung weist die Abschirmvorrichtung einen scheibenförmigen Bereich auf oder ist scheibenförmig ausgebildet . Dieser scheibenförmige Bereich weist vorzugsweise einen Durchmesser von mindestens 35 mmm auf .

Sofern der Motor im Inneren nicht rund ausgebildet ist , ist es ebenso denkbar, dass die Abschirmvorrichtung derart ausgebildet ist , dass sie an die innere Gehäusewand des Elektromotors herangeführt wird . Die Abschirmvorrichtung weist folglich einen Bereich auf , welcher dem Querschnitt des nach innen gerichtetem Gehäuse des Elektromotors entspricht . Die Schnittebene des Querschnitts steht hierbei insbesondere orthogonal zur Achse des Rotors und oder der Welle .

In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung weist die Abschirmvorrichtung einen sich im Wesentlichen orthogonal zu der Achse des Rotors erstreckenden ersten Bereich auf .

Die Achse des Rotors ist üblicherweise zusammenfallend mit der Achse der Welle des Elektromotors . Der erste Bereich erstreckt sich somit im Wesentlichen orthogonal zu der verlängerten Achse des Rotors und erstreckt sich vorzugsweise ebenso im Wesentlichen orthogonal zu der Achse der Welle des Elektromotors .

Der sich von der Abschirmvorrichtung im Wesentlichen orthogonal zur Achse des Rotors erstreckenden erste Bereich wird vorzugsweise derart ausgebildet , dass die Seitenfläche der Elektronikbaugruppe , welche in Richtung des Rotors und/oder Stators ausgerichtet ist , von der Abschirmvorrichtung verdeckt , insbesondere vollständig verdeckt , ist .

Vorzugsweise wird die Seitenfläche der Elektronikbaugruppe , welche in Richtung des Rotors und/oder Stators ausgerichtet ist , von der Abschirmvorrichtung überragt . Das Überragen der Elektronikbaugruppe durch die Abschirmvorrichtung erfolgt hierbei insbesondere in radiale Richtung und/oder in Längsrichtung bezogen auf die Achse des Rotors und/oder der Welle des Elektromotors . Vorzugsweise ist der erste Bereich mindestens 10 mm vorzugsweise mindestens 20 mm lang .

Vorzugsweise ist der erste Bereich nicht länger als 280 mm .

Im Wesentlichen orthogonal zur Achse des Rotors bedeutet insbesondere eine Ausrichtung des ersten Bereiches der Abschirmvorrichtung zur Achse des Rotors mit einer Abweichung von ± ( Plusminus ) 20 ° , vorzugsweise ± ( Plusminus ) 10 ° , zu einer Senkrechten zu der Achse des Rotors .

In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung weist der von der Abschirmvorrichtung im Wesentlichen orthogonal zu der Achse des Rotors erstreckende erste Bereich, wie z . B . der scheibenförmige Bereich, vorzugsweise lediglich eine Öf fnung für die Welle und/oder das erste Lager und/oder eine Kabeldurchführung zur Energieversorgung der Aktivbaugruppe auf .

In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung wird die Abschirmvorrichtung bis an die Innenseite des Motorgehäuses geführt .

In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung weist die Abschirmvorrichtung einen sich im Wesentlichen parallel zu der Achse des Rotors erstreckenden zweiten Bereich auf , welcher mindestens zu 30% , vorzugsweise vollständig, die Elektronikbaugruppe radial umgibt .

Die Elektronikbaugruppe wird hierbei an der zur Motorgehäuse gerichteten Seitenfläche von der Abschirmvorrichtung mindesten zu 30% , vorzugsweise vollständig umgeben .

Im Wesentlichen parallel zu der Achse des Rotors bedeutet insbesondere eine Ausrichtung des zweiten Bereiches der Abschirmvorrichtung zur Achse des Rotors mit einer Abweichung von ± ( Plusminus ) 20 ° , vorzugsweise ± ( Plusminus ) 10 ° , zu einer Parallelen zu der Achse des Rotors und/oder der Welle des Elektromotors .

Vorzugsweise weist der sich von der Abschirmvorrichtung im Wesentlichen orthogonal zur Achse des Rotors erstreckende Bereich einen Kragen auf , welcher die die Elektronikbaugruppe zumindest teilweise , vorzugsweise vollständig radial umgibt . Der Kragen erstreckt sich insbesondere in Richtung des Endschild-Gehäuseabschnitts des Elektromotors . Dieser Kragen ist vorzugsweise radial ausgebildet .

Vorzugsweise ist der zweite Bereich parallel zur verlängerten Achse des Rotors ausgerichtet .

Der zweite Bereich der Abschirmvorrichtung kann hierbei einstückig mit dem ersten Bereich der Abschirmvorrichtung ausgebildet sein . Es ist ebenso denkbar, dass der zweite Bereich der Abschirmvorrichtung oder ein Teil des zweiten Bereichs der Abschirmvorrichtung als separates Bauteil losgelöst vom ersten Bereich der Abschirmvorrichtung ausgebildet ist . Hierbei ist es beispielsweise vorteilhaft , wenn der zweite Bereich der Abschirmvorrichtung oder der Teil des zweiten Bereichs der Abschirmvorrichtung mit dem Endschild-Gehäuseabschnitts des Elektromotors verbunden ist und von dort über die Elektronikbaugruppe geführt wird . Vorzugsweise wird hierbei der zweite Bereich der Abschirmvorrichtung unmittelbar an den ersten Bereich der Abschirmvorrichtung herangeführt , so dass insbesondere der zweite Bereich der Abschirmvorrichtung mit dem ersten Bereich der Abschirmvorrichtung unmittelbar aneinander angrenzen und/oder in einer mechanischen Wirkverbindung stehen .

In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung ist die Wandstärke der Abschirmvorrichtung im ersten Bereich größer ist als die Wandstärke der Abschirmvorrichtung im zweiten Bereich . Vorzugsweise ist die Wandstärke der Abschirmvorrichtung im ersten Bereich mindestens 15% dicker als die Wandstärke der Abschirmvorrichtung im zweiten Bereich . Die Wandstärke der Abschirmvorrichtung im ersten Bereich beträgt vorzugsweise mindestens 1 mm .

In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung weist der Elektromotor ein Motorgehäuse auf , wobei das Motorgehäuse ein Stator-Gehäuseabschnitt , welcher den Stator umgibt , und einen separat ausgebildeten Elektronikbaugruppen- Gehäuseabschnitt , welcher die Elektronikbaugruppe umgibt , aufweist .

Der Stator-Gehäuseabschnitt ist insbesondere der Gehäuseabschnitt des Motors , welcher den Stator an seiner radialen Außenfläche umgibt . Der Stator-Gehäuseabschnitt bildet insbesondere einen Teil der Längsseite des Elektromotors .

Der Stator-Gehäuseabschnitt kann hierbei als separates Motorgehäuse ausgebildet sein . Es ist j edoch ebenso denkbar, dass ein Teil oder der vollständige Stator-Gehäuseabschnitt des Motorgehäuses unmittelbar durch den Stator selbst ausgebildet ist .

Vorzugsweise ist der Stator-Gehäuseabschnitt des Motorgehäuse metallisch .

Vorzugsweise wird ein Großteil der durch die Aktivbaugruppe im Betrieb des Elektromotors erzeugte Wärme über das Motorgehäuse des Stator-Gehäuseabschnitts abgeleitet .

Vorzugsweise ist die Abschirmvorrichtung an das Innere des Elektronikbaugruppen-Gehäuseabschnitts herangeführt . Es ist j edoch ebenso denkbar, dass die Abschirmvorrichtung einen Teil des Elektronikbaugruppen-Gehäuseabschnitts bildet .

In einer vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung weist der Stator-Gehäuseabschnitt und der Elektronikbaugruppen-Ge- häuseabschnitt im Wesentlichen den gleichen Querschnitt auf . Der Elektronikbaugruppen-Gehäuseabschnitt bildet vorzugsweise die axiale Verlängerung des Motorgehäuses über die Elektronikbaugruppe .

In einer vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung ist das Motorgehäuse stirnseitig im Bereich der Elektronikbaugruppe mittels eines separaten Endschild-Gehäuseabschnitts abgeschlossen .

In einer vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung weist der Elektromotor keine aktive Kühlvorrichtung, wie beispielsweise einen Lüfter, auf .

In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung ist der Elektronikbaugruppen-Gehäuseabschnitt des Motorgehäuses , welcher an den Stator-Gehäuseabschnitt angrenzt , metallisch ausgebildet .

Der Elektronikbaugruppen-Gehäuseabschnitt ist vorzugsweise von dem an den Stator-Gehäuseabschnitt angrenzenden Bereich über den gesamten radialen Bereich des Elektronikbaugruppen- Gehäuseabschnitts , vorzugsweise bis zum Endschild-Gehäuseabschnitt , metallisch ausgebildet .

Der Stator-Gehäuseabschnitt steht vorzugsweise mechanisch in unmittelbarer Wirkverbindung mit dem Elektronikbaugruppen-Ge- häuseabschnitt .

Vorzugsweise ist der Endschild-Gehäuseabschnitt metallisch ausgebildet .

Es ist ebenso denkbar, dass nur ein Teil oder Teilabschnitte des Elektronikbaugruppen-Gehäuseabschnitts metallisch ausgebildet sind . Der Bereich, welcher der Zuführung der Energieversorgung des Elektromotors dient , kann beispielsweise aus Kunststof f ausgebildet sein . Durch den metallischen Elektronikbaugruppen-Gehäuseabschnitt erfolgt ein verbesserter Wärmeabtransport der durch die Aktivbaugruppe im Betrieb des Elektromotors erzeugten thermischen Energie .

In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung ist die Elektronikbaugruppen zusätzlich durch die Abschirmvorrichtung von dem metallischen Bereich des Elektronikbau- gruppen-Gehäuseabschnitt des Motorgehäuse , welcher dem Wärmetransport der von der Aktivbaugruppe erzeugten Energie dient , im inneren des Motorgehäuses thermisch abgeschirmt .

Die durch die Aktivbaugruppe im Betrieb erzeugte Wärme wird über das metallische Motorgehäuse von der Aktivbaugruppe abgeleitet . Durch die Abschirmvorrichtung wird die an dem metallischen Motorgehäuse vorliegende Wärme von der Elektronikbaugruppen abgeschirmt .

In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung weist der Stator-Gehäuseabschnitt und/oder Elektronikbaugrup- pen-Gehäuseabschnitt Kühlrippen auf .

In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung trennt die Abschirmvorrichtung den Innenraum des Motorgehäuses des Elektromotors zwischen der Aktivbaugruppe und der Elektronikbaugruppe räumlich .

Hierbei weist die Abschirmvorrichtung vorzugsweise lediglich eine Öf fnung zur Durchführung der Kabel für die Energieversorgung der Aktivbaugruppe auf .

Sofern die Abschirmvorrichtung das erste Lager trägt , erstreckt sich die Abschirmvorrichtung vom äußeren des ersten Lagers bis zu der Innenseite des Motorgehäuses .

Sofern die Abschirmvorrichtung unmittelbar um die Welle angeordnet ist , erstreckt sich die Abschirmvorrichtung von der Welle bis zu der Innenseite des Motorgehäuses . Die Abschirmvorrichtung kann hierfür beispielsweise scheibenförmig ausgebildet sein .

Die Abschirmvorrichtung kann bis an die Innenseite des Motorgehäuses geführt werden . Es ist j edoch ebenso denkbar, dass die Abschirmvorrichtung einen Abstand zu der Innenseite des Motorgehäuses aufweist .

In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung verdeckt die Abschirmvorrichtung die Seitenfläche der Elektronikbaugruppe , welche zum Stator und/oder Rotor ausgerichtet ist . Hierdurch wird die Elektronikbaugruppe verbessert thermisch von der Aktivbaugruppe abgeschirmt .

Vorzugsweise wird die zur Elektronikbaugruppe gerichtete Seitenfläche der Aktivbaugruppe vollständig durch die die Abschirmvorrichtung verdeckt .

In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung ist ein metallisches Lagerschild zwischen der Abschirmvorrichtung und der Aktivbaugruppe angeordnet .

Das Lagerschild ist vorzugsweise mit dem Elektronikbaugrup- pen-Gehäuseabschnitts verbunden oder ist Teil des Elektronik- baugruppen-Gehäuseabschnitts .

Das Lagerschild dient vorzugsweise der Lagerung des ersten Lagers der Welle .

Die von der Aktivbaugruppe erzeugte Wärme kann über das metallische Lagerschild in das äußere des Elektronikbaugruppen- Gehäuseabschnitts geleitet werden, so dass eine optimierter Wärmetransport vorliegt .

In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung ist die Elektronikbaugruppe von der Abschirmvorrichtung radial umgeben . Die Abschirmvorrichtung weist folglich eine Seitenfläche zur Aktivbaugruppe auf und zudem eine Seitenfläche , welche in Richtung der verlängerten Achse des Rotors ausgerichtet ist .

Der äußere Bereich der Elektronikbaugruppe , welcher an das Motorgehäuse angrenzt , wird thermisch vom Motorgehäuse abgeschirmt .

Bei einem runden Gehäuse des Elektromotors kann die Abschirmvorrichtung beispielsweise topf- förmig ausgebildet sein . Mittels der topf- förmig ausgebildeten Abschirmvorrichtung wird die Elektronikbaugruppe thermisch zum Stator sowie zum Motorgehäuse abgeschirmt .

In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung ist die Elektronikbaugruppe ein Stromrichter, insbesondere ein Umrichter, und/oder ein Motorgeber .

Der Motorgeber ist derart ausgebildet , dass er die von der Stromregelung benötigten Drehzahl- , Kommutierungs- und/oder Lageinformationen liefert und/oder als Lagegeber für eine im Stellgerät vorhandene Lageregelung dient .

Stromrichter sind Umrichter, Gleichrichter, Wechselrichter und Gleichspannungswandler .

Der Umrichter generiert aus einer Wechselspannung eine in Frequenz und Amplitude verschiedene neue Wechselspannung .

Der Umrichter ist insbesondere ein Leistungsstellglied, das eine Eingangswechselspannung mit einer festen Frequenz , Amplitude und Phasenzahl in eine Ausgangswechselspannung mit variabler Frequenz und/oder Amplitude sowie fester Phasenzahl umwandelt .

In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung umfasst das keramische Material Aluminiumoxid (AI2O3 ) , Zirkonoxid ( ZrCt ) und/oder Sili ziumnitrid ( SiaNA . Aluminiumoxid, Zirkonoxid und/oder Sili ziumnitrid ermöglicht im Vergleich mit Stahl eine ähnliche Stei figkeit des Bauteils bei einem geringeren Gewicht und einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit .

In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung weist die Abschirmvorrichtung eine Struktur auf , wobei die Struktur dergestalt ist , dass wenigstens ein Hohlraum wenigstens teilweise von Material umgeben ist .

In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung ist die Struktur dergestalt , dass eine Mehrzahl an Hohlräumen wenigstens teilweise von Material umschlossen ist .

Die Struktur kann eine Wabenstruktur sein . Die Struktur kann eine Gitterstruktur sein .

Vorteilhaft ist eine Aus führungs form, wonach der Hohlraum vollständig von Material umschlossen ist .

Vorteilhaft ist eine Aus führungs form, wonach der Hohlraum wenigstens teilweise mit einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit kleiner 1 W/ (m -K) gefüllt ist .

In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung weist die Abschirmvorrichtung eine Wandstärke von 0 , 5 mm bis 25 mm auf .

Über die Dicke der Abschirmvorrichtung kann eine verbesserte thermische Abschirmung der Elektronikbaugruppe von der Aktivbaugruppe erfolgen .

In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung ist die Abschirmvorrichtung einstückig ausgebildet .

In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung hat die Abschirmvorrichtung eine geschlossene Flächenstruktur und weist lediglich eine Öf fnung für das erste Lager, welche mit der Abschirmvorrichtung mechanisch verbunden ist , und/oder eine Öf fnung zur Durchführung der Energieversorgung für die Aktivbaugruppe auf .

In einer vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung liegt der Leistungsbereich des Elektromotors für den bestimmungsgemäßen Betrieb zwischen 50W bis 630kW .

In einer vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung weist der Elektromotor eine Achshöhe auf , welche zwischen 20 mm bis 280 mm liegt .

In einer vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung ist der Elektromotor derart ausgebildet , dass er als Zuführungsachse , Handlings-Achse , Hil fsachse , allgemeine Antriebsachse , Hauptspindel und/oder Nebenspindel eingesetzt werden kann .

In einer vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung ist die Abschirmvorrichtung derart ausgebildet , dass die Elektronikbaugruppe thermisch von der Aktivbaugruppe abgeschirmt ist . Thermisch abschirmen bedeutet insbesondere , dass im ordnungsgemäßen Betrieb des Elektromotors ein ca . 58 % Temperaturgefälle zwischen der Aktivbaugruppe und der Elektronikbaugruppe erreicht wird .

In einer vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung ist im Motorgehäuse zwischen der Aktivbaugruppe und der Elektronikbaugruppe eine Motorbremse , zum Bremsen des Motors , angeordnet . Vorzugsweise ist die Abschirmvorrichtung hierbei zwischen der Motorbremse und der Elektronikbaugruppe angeordnet .

Im Folgenden werden die Erfindung und Ausgestaltungen der Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Aus führungsbeispiele näher beschrieben und erläutert . Es zeigen :

FIG 1 eine schematische Darstellung eines Elektromotors aus dem Stand der Technik, FIG 2 eine schematische Darstellung eines Elektromotors in einer erfindungsgemäßen Aus führungs form, und

FIG 3 eine schematische Darstellung eines Elektromotors in einer alternativen erfindungsgemäßen Aus führungs form .

Elemente der Figuren 1 bis 3 sind mit den gleiche Bezugs zeichen versehen, wie die j eweils korrespondierenden Elemente der Figuren . Die Elektromotoren sind j eweils im Schnitt schematisch dargestellt .

FIG 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Elektromotors 1 aus dem Stand der Technik . Hierbei ist der Elektromotor 1 im Schnitt durch die Längsachse des Elektromotors 1 dargestellt . Der Elektromotor 1 umfasst in seinem Motorgehäuse 8 , eine Welle 6 , einen Rotor 4 , einen Stator 3 und als Elektronikbaugruppe 7 einen Geber .

Die Welle 6 des Elektromotors 1 ragt A-seitig aus dem Motorgehäuse 8 heraus .

Der Stator 3 ist der feststehende , unbewegliche Teil des Elektromotors 1 und üblicherweise aus geblechtem Stahl ausgebildet .

Der Rotor 4 ist der sich drehende Teil des Elektromotors 1 . Dadurch, dass der Rotor 4 mechanisch fest mit der Welle 6 verbunden ist , wird über den Rotor 4 die Welle 6 angetrieben .

Der Rotor 4 weist eine Längsachse 5 auf , welche mit der Längsachse der Welle 6 übereinstimmt .

Im Betrieb des Elektromotors 1 wird die Aktivbaugruppe 2 , welche den Stator 3 und Rotor 4 umfasst , stark erhitzt . Diese thermische Energie wird innerhalb des Motorgehäuses 8 verteilt , so dass die Elektronikbaugruppe 7 für eine hierdurch bedingte thermische Belastung ausgelegt werden muss . Im Betrieb dies Elektromotors 1 können an der Aktivbaugruppe 2 Temperaturen in Höhe von 150 bis 250°C entstehen, so dass die die Elektronikbaugruppe 7, hier der Geber, ebenso für diesen Temperaturbereich ausgelegt werden muss.

FIG 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Elektromors 1 in einer erfindungsgemäßen Aus führungs form.

Hierbei ist der Elektromotor 1 analog zur Figur 1 im Schnitt durch die Längsachse des Elektromotors 1 dargestellt. Der Elektromotor 1 umfasst in seinem Motorgehäuse 8, eine Welle 6, einen Rotor 4, einen Stator 3 und als Elektronikbaugruppe 7 einen Geber.

Die Welle 6 des Elektromotors 1 ragt A-seitig aus dem Motorgehäuse 8 heraus.

Der Stator 3 ist der feststehende, unbewegliche Teil des Elektromotors 1. Der Rotor 4 ist der sich drehende Teil des Elektromotors 1. Dadurch, dass der Rotor 4 mechanisch fest mit der Welle 6 verbunden ist, wird über den Rotor 4 die Welle 6 angetrieben.

Der Rotor 4 weist eine Achse (Längsachse) 5 auf, welche mit der Längsachse der Welle 6 übereinstimmt.

Im Betrieb des Elektromotors 1 wird die Aktivbaugruppe 2, welche den Stator 3 und Rotor 4 umfasst, stark erhitzt.

Das Motorgehäuse 8 weist ein Stator-Gehäuseabschnitt 9, welcher den Stator 3 umgibt, ein Elektronikbaugruppen-Gehäuseab- schnitt 10, welcher die Elektronikbaugruppe 7, hier den Geber, umgibt, und einen Endschild-Gehäuseabschnitt 11 auf, welcher das Motorgehäuse 8 B-seitig abschließt. Die Gehäuseabschnitte 9,10,11 sind jeweils separat ausgebildet.

Es ist ebenso denkbar, dass das separat ausgebildete B-seitige Endschild-Gehäuse 18 des Endschild-Gehäuseabschnitts 11 mit dem Elektronikbaugruppen-Gehäuse 19 des Elektronikbau- gruppen-Gehäuseabschnitts 10 einstückig ausgebildet ist .

Ebenso ist denkbar, dass der Stator 3 selbst das Stator-Gehäuse 20 des Stator-Gehäuseabschnitts 9 bildet bzw . zumindest einen Teil des Stator-Gehäuseabschnitts 9 bildet .

Der Elektromotor 1 umfasst erfindungsgemäß eine Abschirmvorrichtung 12 , welche zwischen der Aktivbaugruppe 2 und der Elektronikbaugruppe 7 angeordnet ist . Diese Abschirmvorrichtung 7 weist ein keramisches Material auf . Im vorliegenden Aus führungsbeispiel besteht die Abschirmvorrichtung 7 aus dem keramischen Material Sili ziumnitrid ( SiaNA .

Der Elektromotor 1 umfasst ferner ein erstes Lager 13 und ein zweites Lager 14 . Mittels des ersten und zweiten Lagers 13 , 14 wird die Welle 6 drehbar gelagert .

Das erste Lager 13 wird über die Abschirmvorrichtung 12 mechanisch innerhalb des Elektromotors fixiert . Hierbei umschließt die Abschirmvorrichtung 12 radial das erste Lager 13 unmittelbar und wird bis an die Innenseite des Motorgehäuses 8 geführt . Die von der Elektronikbaugruppeneinheit in Richtung des Rotors 4 ausgerichtete Seitenfläche wird vollständig von der Abschirmvorrichtung 12 verdeckt .

Dadurch, dass der Innenraum des Motorgehäuses 8 rund ausgebildet ist , ist die Abschirmvorrichtung 12 scheibenförmig ausgebildet . Zur Durchführung der Energieversorgung des Stators 3 , weist die Abschirmvorrichtung 12 eine nicht dargestellte Öf fnung auf , über welche die entsprechende Kabel führung vom Elektronikbaugruppen-Gehäuseabschnitt 10 zum Stator- Gehäuseabschnitt 9 erfolgt .

Die Abschirmvorrichtung 12 trennt folglich den Innenraum des Motorgehäuses 8 des Elektromotors 1 zwischen der Aktivbaugruppe 2 und der Elektronikbaugruppe 7 räumlich . Die Abschirmvorrichtung 12 weist eine Wandstärke von 10 mm auf . Im Betrieb des Elektromotors 1 wird die Aktivbaugruppe 2 stark erhitzt , so dass innerhalb des Elektromotors 1 durch die von der Aktivbaugruppe 2 erzeugten thermischen Energie eine thermische Belastung und somit eine erhöhte Temperatur vorliegt . Diese thermische Energie wird insbesondere über das metallische Stator-Gehäuse 20 des Stator-Gehäuseabschnitts 9 an die Umgebung abgegeben .

Die Abschirmvorrichtung 12 bildet durch die Verwendung des keramischen Materials eine verbesserte Wärmedämmschicht zwischen der Aktivbaugruppe 2 und der Elektronikbaugruppe 7 , so dass im bestimmungsgemäßen Betrieb des Elektromotors 1 ein reduzierter thermischer Energieeintrag, der durch die Aktivbaugruppe 2 erzeugten thermischen Energie an der Elektronikbaugruppe 7 vorliegt . Im Betrieb des Elektromotors 1 wird die Elektronikbaugruppe 7 durch die Abschirmvorrichtung 12 thermisch von der im Betrieb des Elektromotors 1 durch die Aktivbaugruppe 2 erzeugten Temperatur abgeschirmt . Ein mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, dass im Betrieb des Elektromotors 1 eine geringe Wärmeübertragung von der Aktivbaugruppe 2 zur Elektronikbaugruppe 7 vorliegt . Die Elektronikbaugruppe 7 des Elektromotors 1 kann folglich für einen geringeren Temperaturbereich ausgelegt werden und/oder eine nicht erforderliche Begrenzung der Leistungskennlinie des Elektromotors 1 kann entfallen, so dass ein Elektromotor 1 mit einer höheren Leistung bereitgestellt werden kann .

Der Stator-Gehäuseabschnitt 9 sowie der Elektronikbaugruppen- Gehäuseabschnitt 10 sind metallisch ausgebildet , so dass ein verbesserter und gezielter Wärmetransport der von der Aktivbaugruppe 2 im Betrieb erzeugten Wärme in das Gehäuseäußere und hierüber an die Elektromotorumgebung erfolgt . Der Elektromotor 1 kann zur verbesserten Kühlung ferner Kühl finnen im metallisch ausgebildeten Bereich des Stator-Gehäuses 20 und/oder Elektronikbaugruppen-Gehäuses 19 aufweisen .

Mechanische Befestigung Das Elektronikbaugruppen-Gehäuse 19 ist mechanisch mit dem Stator-Gehäuse 20 verbunden .

Die Abschirmvorrichtung 12 ist mechanisch mit dem Stator verbunden . Es ist ebenso denkbar, dass die Abschirmvorrichtung mit dem Stator-Gehäuse 20 oder dem Elektronikbaugruppen-Gehäuse 19 mechanisch verbunden ist .

FIG 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Elektromotors 1 in einer alternativen erfindungsgemäßen Aus führungs form . Hierbei ist der Elektromotor 1 analog zur Figur 2 im Schnitt durch die Längsachse des Elektromotors 1 dargestellt . Dieser Elektromotor 1 unterscheidet sich gegenüber den in Figur 2 dargestellten Elektromotor 1 lediglich in der beschriebenen geänderten Ausprägung der Aktivbaugruppe 12 sowie in einem zusätzlichen metallischen Lagerschild 17 , welches zwischen der Aktivbaugruppe 2 und der Abschirmvorrichtung 12 angeordnet ist .

Das Lagerschild 17 ist hierbei scheibenförmig ausgebildet , umschließt die Welle 6 radial und wird bis an die Innenseite des Elektronikbaugruppen-Gehäuses 19 geführt . Hierbei ist das Lagerschild 17 derart mit dem Elektronikbaugruppen-Gehäuse 19 mechanisch verbunden, dass eine gezielte Wärmeübertragung der an dem Lagerschild 17 im Betrieb des Elektromotors 1 vorliegenden thermischen Energie , bedingt durch die Aktivbaugruppe 2 , in das Motorgehäuse 8 , insbesondere das Elektronikbaugruppen-Gehäuse 19 , erfolgt . Das Lagerschild 17 dient der gezielten und verbesserten Wärmeabfuhr der von der Aktivbaugruppe 2 im Betrieb des Elektromotors 1 erzeugten Wärme in den metallischen Bereich des Elektronikbaugruppen-Gehäuses 19 .

Die Abschirmvorrichtung 12 der Figur 3 weist einen ersten Bereich 15 der Abschirmvorrichtung 12 und einen zweiten Bereich 16 der Abschirmvorrichtung 12 auf .

Der erste Bereich 15 der Abschirmvorrichtung 12 umschließt das erste Lager 13 und erstreckt sich ausgehend vom ersten Lager 13 orthogonal zu der Achse 5 des Rotors 4 in Richtung der Innenseite des Elektronikbaugruppen-Gehäuses 19 .

Mittels des ersten Bereichs 15 der Abschirmvorrichtung 12 wird die Seitenfläche der Elektronikbaugruppe 7 , welche in Richtung des Rotors 4 ausgerichtet ist , von der Abschirmvorrichtung 12 vollständig verdeckt .

Der zweite Bereich 16 der Abschirmvorrichtung 12 erstreckt sich parallel zu der Achse 5 des Rotors 4 beginnend von dem äußeren Ende des ersten Bereichs 15 der Abschirmvorrichtung 12 in Richtung des Endschild-Gehäuses 18 .

Mittels des zweiten Bereichs 16 der Abschirmvorrichtung 12 wird die Seitenfläche der Elektronikbaugruppe 7 , welche in Richtung des Elektronikbaugruppen-Gehäuses 19 ausgerichtet ist , von der Abschirmvorrichtung 12 vollständig verdeckt .

Die Wandstärke des ersten Bereichs 15 der Abschirmvorrichtung 12 ist vorzugsweise dicker ausgebildet als die Wandstärke des zweiten Bereichs 16 der Abschirmvorrichtung 12 .

Durch die Topf- förmige Form der Abschirmvorrichtung 12 wird die Elektronikbaugruppe 7 verbessert von der durch die im Betrieb des Elektromotors von der Aktivbaugruppe 2 erzeugten thermischen Energie abgeschirmt . Der erste Bereich 15 schirmt die Elektronikbaugruppe 7 insbesondere von der Aktivbaugruppe 2 und dem Lagerschild 17 thermisch ab . Der zweite Bereich 16 der Abschirmvorrichtung 12 schirmt die Elektronikbaugruppe 7 insbesondere von dem am metallischen Bereich des Elektronikbaugruppen-Gehäuses 19 ab, da dieser Bereich einem erhöhten Wärmeeintrag durch die Aktivbaugruppe 2 unterliegt .

Obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung der vorliegenden Erfindung . Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll hingegen ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche bestimmt sein .

Claims

Patentansprüche

1. Elektromotor (1) mit einer Aktivbaugruppe (2) , welcher einen Stator (3) und einen Rotor (4) umfasst, einer Elektronikbaugruppe (7) und einer Abschirmvorrichtung (12) , welche zwischen der Aktivbaugruppe (2) und der Elektronikbaugruppe (7) angeordnet ist, wobei die Abschirmvorrichtung (12) ein keramisches Material aufweist, wobei ein Materialanteil des keramischen Materials bezüglich eines Gesamtmaterialanteils der Abschirmvorrichtung (12) wenigstens 50%, vorzugsweise wenigstens 80%, beträgt, wobei der Elektromotor (1) eine Welle (6) aufweist und zwischen der Aktivbaugruppe (2) und der Elektronikbaugruppe (7) ein erstes Lager (13) der Welle (6) angeordnet ist, wobei die Abschirmvorrichtung (12) radial die Welle (6) und/oder das erste Lager (13) umschließt.

2. Elektromotor (1) nach Anspruch 1, wobei der Leistungsbereich des Elektromotors (1) für den bestimmungsgemäßen Betrieb zwischen 50W bis 630kW liegt.

3. Elektromotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abschirmvorrichtung (12) aus dem keramischen Material besteht.

4. Elektromotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektromotor (1) eine Achshöhe aufweist, welche zwischen 20 mm bis 280 mm liegt

5. Elektromotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abschirmvorrichtung (12) einen sich im Wesentlichen orthogonal zu der Achse (5) des Rotors (4) erstreckenden ersten Bereich (15) aufweist.

6. Elektromotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abschirmvorrichtung (12) einen sich im Wesentlichen parallel zu der Achse des Rotors (4) erstreckenden zweiten Bereich (16) aufweist, welcher mindesten zu 30%, vorzugsweise vollständig, die Elektronikbaugruppe (7) radial umgibt.

7. Elektromotor (1) nach Anspruch 5 und 6, wobei die Wandstärke der Abschirmvorrichtung (12) im ersten Bereich (15) größer ist als die Wandstärke der Abschirmvorrichtung (12) im zweiten Bereich (16) .

8. Elektromotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektromotor (1) ein Motorgehäuse (8) aufweist, wobei das Motorgehäuse (8) ein Stator-Gehäuseabschnitt (9) , welcher den Stator (9) umgibt, und einen separat ausgebildeten Elektronikbaugruppen-Gehäuseabschnitt (10) , welcher die Elektronikbaugruppe (7) umgibt, aufweist.

9. Elektromotor (1) nach Anspruch 8, wobei der Elektronikbau- gruppen-Gehäuseabschnitt (10) des Motorgehäuses (8) , welcher an den Stator-Gehäuseabschnitt (9) angrenzt, metallisch ausgebildet ist.

10. Elektromotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abschirmvorrichtung (12) den Innenraum des Motorgehäuses (8) des Elektromotors (1) zwischen der Aktivbaugruppe (2) und der Elektronikbaugruppe (7) räumlich trennt.

11. Elektromotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Lagerschild (17) , insbesondere metallisches Lagerschild (17) , zwischen der Abschirmvorrichtung (12) und der Aktivbaugruppe (2) angeordnet ist.

12. Elektromotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektronikbaugruppe (7) von der Abschirmvorrichtung (12) radial umgeben ist.

13. Elektromotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektronikbaugruppe (7) ein Stromrichter, insbesondere ein Umrichter, und/oder ein Motorgeber ist.

14. Elektromotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das keramische Material Aluminiumoxid (AI2O3) , Zirkonoxid (ZrCt) und/oder Siliziumnitrid (Si3N₄) umfasst.

15. Elektromotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abschirmvorrichtung (12) eine Wandstärke von 0,5 mm bis 25 mm aufweist.