LU504925B1

LU504925B1 - Elektromotor

Info

Publication number: LU504925B1
Application number: LU504925A
Authority: LU
Inventors: Daniel Reindl
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 2023-08-16
Filing date: 2023-08-16
Publication date: 2025-02-17
Also published as: EP4732408A1; WO2025036711A1; CN121713358A

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 betrifft einen Elektromotor.

Elektromotoren umfassen üblicherweise eine Aktivbaugruppe aus

Stator und Rotor, welche der Drehmomenterzeugung dienen.

Neben der Aktivbaugruppe können Elektromotoren mit einem Mo- torgeber ausgestattet sein. Der Motorgeber ist in das Motor- gehäuse des Elektromotors integriert und von außen oft nicht erkennbar. Motorgeber können hierbei unterschiedliche Funkti- onen übernehmen. Der Motorgeber übernimmt in vielen Anwendun- gen eine Doppelfunktion: ° Er liefert die von der Stromregelung benötigten Dreh- zahl-, Kommutierungs- und/oder Lageinformationen und/oder ° dient als Lagegeber für eine im Stellgerät vorhandene

Lageregelung.

Die Leistungsversorgung des Elektromotors erfolgt oft über einen Stromrichter, wie beispielsweise ein Umrichter. Der Um- richter ist hierbei das Leistungsstellglied, das eine Ein- gangswechselspannung mit einer festen Frequenz, Amplitude und

Phasenzahl in eine Ausgangswechselspannung mit variabler Fre- quenz und Amplitude sowie fester Phasenzahl umwandelt. Um- richter können hierbei dezentral zum Elektromotor aber auch im Motorgehäuse des Elektromotors angeordnet sein.

Der Elektromotor kann somit im Motorgehäuse als Elektronik- baugruppe ferner einen Motorgeber und/oder Stromrichter auf- weisen. Innerhalb des Motorgehäuses ist hierbei die Elektro- nikbaugruppe üblicherweise in axialer Richtung zum Rotor ne- ben der Aktivbaugruppe innerhalb des Motorgehäuses angeord- net.

Im Betrieb des Elektromotors wird die durch die Aktivbau- gruppe erzeugte thermische Energie innerhalb Elektromotors und somit innerhalb des Motorgehäuses verteilt. Hierbei wird der Bereich des Elektromotors, welcher die Elektronikbau- gruppe umfasst durch die Aktivbaugruppe stark erhitzt und thermisch belastet.

Nachteilig hieran ist, dass die Komponenten der Elektronik- baugruppe für diese thermischen Belastungen ausgelegt werden müssen, damit sie im bestimmungsgemäßen Betrieb des Elektro- motors diesen thermischen Belastungen standhalten.

Elektronikbaugruppen, wie Geber oder Umrichter, für Elektro- motoren werden hierbei beispielsweise auf hohe Temperaturen von z.B. 115 °C bis 120 °C spezifiziert, damit sie die ther- mische Belastung im bestimmungsgemäßen Betrieb des Elektromo- tors standhalten. Ferner werden teilweise Elektromotoren in ihrer Leistungskennlinie begrenzt, um die Elektronikbaugruppe innerhalb des Elektromotors nicht zu überhitzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen verbesserten

Elektromotor bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß An- spruch 1, d.h. durch einen Elektromotor mit einer Aktivbau- gruppe, welcher einen Stator und einen Rotor umfasst, einer

Elektronikbaugruppe und einer Abschirmvorrichtung, welche zwischen der Aktivbaugruppe und der Elektronikbaugruppe ange- ordnet ist, wobei die Abschirmvorrichtung ein keramisches Ma- terial aufweist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhän- gigen Ansprüchen 2 bis 15 angegeben.

Die Aktivbaugruppe und Elektronikbaugruppe sind in einem ge- meinsamen Motorgehäuse des Elektromotors angeordnet.

Durch die Verwendung des keramischen Materials für die Ab- schirmvorrichtung und durch die Anordnung der Abschirmvor- richtung zwischen der Aktivbaugruppe und der Elektronikbau- gruppe, 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 Ab- schirmvorrichtung wird eine effektive Wärmedämmschicht zwi- schen der Aktivbaugruppe und der Elektronikbaugruppe bereit- gestellt. Zudem erfolgt durch die Abschirmvorrichtung ferner eine elektrische und/oder magnetische Abschirmung der Elekt- ronikbaugruppe gegenüber der Aktivbaugruppe.

Die Abschirmvorrichtung wirkt folglich als Wärmedämmschicht innerhalb des Elektromotors und reduziert die im Motorgehäuse im Betrieb des Elektromotors stattfindende 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 Elekt- ronikbaugruppe bedingt ist, entfallen, so dass ein Elektromo- tor mit einer höheren Leistung bereitgestellt werden kann.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die

Abschirmvorrichtung derart ausgebildet, dass die im Motorge- häuse im Betrieb des Elektromotors stattfindende Wärmeüber- tragung der von der Aktivbaugruppe erzeugten thermischen

Energie zur Elektronikbaugruppe durch die Abschirmvorrichtung reduziert wird.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die

Abschirmvorrichtung derart ausgebildet, dass im bestimmungs- gemäßen Betrieb des Elektromotors maximal 105°C an der Elekt- ronikbaugruppe vorliegt, wohingegen der Bereich der Aktivbau- gruppe eine Temperatur von maximal 250°C, vorzugsweise maxi- mal 150°C, aufweisen kann. Je nachdem, ob ein Synchron- oder

Asynchron-Motor vorliegt, kann die maximale Temperatur der

Aktivbaugruppe unterschiedlich hoch sein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung beträgt ein Materialanteil des keramischen Materials bezüg- lich eines Gesamtmaterialanteils der Abschirmvorrichtung we- nigstens 50%, vorzugsweise wenigstens 80%.

Durch die Verwendung eines hohen Materialanteils des kerami- schen Materials bezüglich des Gesamtmaterialanteils der Ab- schirmvorrichtung wird eine verbesserte Wärmedämmschicht zwi- schen der Aktivbaugruppe und der Elektronikbaugruppe bereit- gestellt, so dass der durch die Aktivbaugruppe im bestim- mungsgemäßen Betrieb des Elektromotors verursachte Wärmeein- trag für die Elektronikbaugruppe reduziert wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform 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.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Elektromotor eine Welle auf und zwischen der Aktiv- baugruppe 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 aus- gebildet und dient der Lagerung der Welle mittels des ersten

Lagers. Vorzugsweise erfolgt hierbei die mechanische Befesti- 5 gung des ersten Lagers über die Abschirmvorrichtung.

Es ist ebenso denkbar, dass mittels ein separates Lagerschil- des, 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 sepa- raten Lagerschild und der Elektronikbaugruppe angeordnet und würde die Welle derart umschließen, dass ein Drehen der Welle möglich ist. Zur Durchführung der Welle weist die Abschirm- vorrichtung eine Öffnung auf. Vorteilhaft ist der radiale

Spalt zwischen der Welle und der Abschirmvorrichtung môg- lichst kleinzuhalten, insbesondere sollte der Spalt kleiner mm, vorzugsweise kleiner 10 mm, sein. Hierdurch wird eine verbesserte thermische Barriere durch die Abschirmvorrichtung für die Elektronikbaugruppe bereitgestellt. 20

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 vorzugs- weise 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

Öffnung 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 Motor- gehäuses feststehend angeordnet, d.h. sie bewegt sich nicht im Betrieb des Elektromotors.

Der Elektromotor umfasst vorzugsweise ein zweites Lager, wel- ches die Welle auf der von der Elektronikbaugruppe abgewand- ten Seite (A-Seite) des Elektromotors lagert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verdeckt die Abschirmvorrichtung vorzugsweise vollständig die

Aktivbaugruppe an ihrer zur Elektronikbaugruppe ausgerichte- ten Seitenfläche.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform 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 ausge- bildet ist, dass sie an die innere Gehäusewand des Elektromo- tors herangeführt wird. Die Abschirmvorrichtung weist folg- lich einen Bereich auf, welcher dem Querschnitt des nach in- nen gerichtetem Gehäuse des Elektromotors entspricht. Die

Schnittebene des Querschnitts steht hierbei insbesondere or- thogonal zur Achse des Rotors und oder der Welle.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Abschirmvorrichtung einen sich im Wesentlichen or- thogonal 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 er- streckt sich somit im Wesentlichen orthogonal zu der verlän- gerten 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 orthogo- nal 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 ver- deckt, 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 Längs- richtung bezogen auf die Achse des Rotors und/oder der Welle des Elektromotors.

Vorzugsweise ist der erste Bereich mindestens 10 mm vorzugs- weise mindestens 20 mm lang.

Vorzugsweise ist der erste Bereich nicht länger als 280 mm.

Im Wesentlichen orthogonal zur Achse des Rotors bedeutet ins- besondere eine Ausrichtung des ersten Bereiches der Abschirm- vorrichtung 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 Ausführungsform der Erfindung weist der von der Abschirmvorrichtung im Wesentlichen ortho- gonal zu der Achse des Rotors erstreckende erste Bereich, wie z.B. der scheibenförmige Bereich, vorzugsweise lediglich eine

Öffnung für die Welle und/oder das erste Lager und/oder eine

Kabeldurchführung zur Energieversorgung der Aktivbaugruppe auf.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Abschirmvorrichtung bis an die Innenseite des Motor- gehäuses geführt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Abschirmvorrichtung einen sich im Wesentlichen pa- rallel 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 mindes- ten zu 30%, vorzugsweise vollständig umgeben.

Im Wesentlichen parallel zu der Achse des Rotors bedeutet insbesondere eine Ausrichtung des zweiten Bereiches der Ab- schirmvorrichtung zur Achse des Rotors mit einer Abweichung von + (Plusminus) 20°, vorzugsweise + (Plusminus) 10°, zu ei- ner 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 Be- reich einen Kragen auf, welcher die die Elektronikbaugruppe zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig radial umgibt.

Der Kragen erstreckt sich insbesondere in Richtung des End- schild-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 ein- stückig mit dem ersten Bereich der Abschirmvorrichtung ausge- bildet 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. Hier- bei ist es beispielsweise vorteilhaft, wenn der zweite Be- reich der Abschirmvorrichtung oder der Teil des zweiten Be- reichs der Abschirmvorrichtung mit dem Endschild-Gehäuseab- schnitts des Elektromotors verbunden ist und von dort über die Elektronikbaugruppe geführt wird. Vorzugsweise wird hier- bei 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 Wirkver- bindung stehen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform 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 Ab- schirmvorrichtung im ersten Bereich mindestens 15% dicker als die Wandstärke der Abschirmvorrichtung im zweiten Bereich.

Die Wandstärke der Abschirmvorrichtung im ersten Bereich be- trägt vorzugsweise mindestens 1 mm.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Elektromotor ein Motorgehäuse auf, wobei das Motor- gehäuse ein Stator-Gehäuseabschnitt, welcher den Stator umgibt, und einen separat ausgebildeten Elektronikbaugruppen-

Gehäuseabschnitt, welcher die Elektronikbaugruppe umgibt, aufweist.

Der Stator-Gehäuseabschnitt ist insbesondere der Gehäuseab- schnitt des Motors, welcher den Stator an seiner radialen Au-

Benfläche umgibt. Der Stator-Gehäuseabschnitt bildet insbe- sondere einen Teil der Längsseite des Elektromotors.

Der Stator-Gehäuseabschnitt kann hierbei als separates Motor- gehäuse ausgebildet sein. Es ist Jedoch 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 Motorge- häuse des Stator-Gehäuseabschnitts abgeleitet.

Vorzugsweise ist die Abschirmvorrichtung an das Innere des

Elektronikbaugruppen-Gehäuseabschnitts herangeführt. Es ist jedoch ebenso denkbar, dass die Abschirmvorrichtung einen

Teil des Elektronikbaugruppen-Gehäuseabschnitts bildet.

In einer vorteilhaften Ausführungsform 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 Elektro- nikbaugruppe.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das

Motorgehäuse stirnseitig im Bereich der Elektronikbaugruppe mittels eines separaten Endschild-Gehäuseabschnitts abge- schlossen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Elektromotor keine aktive Kühlvorrichtung, wie beispiels- weise einen Lüfter, auf.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Elektronikbaugruppen-Gehäuseabschnitt des Motorgehäu- ses, welcher an den Stator-Gehäuseabschnitt angrenzt, metal- lisch 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-Gehäuseab- schnitt, 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 ausge- bildet sind. Der Bereich, welcher der Zuführung der Energie- versorgung des Elektromotors dient, kann beispielsweise aus

Kunststoff ausgebildet sein.

Durch den metallischen Elektronikbaugruppen-Gehäuseabschnitt erfolgt ein verbesserter Wärmeabtransport der durch die Ak- tivbaugruppe im Betrieb des Elektromotors erzeugten thermi- schen Energie.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Elektronikbaugruppen zusätzlich durch die Abschirm- vorrichtung von dem metallischen Bereich des Elektronikbau- gruppen-Gehäuseabschnitt des Motorgehäuse, welcher dem Wär- metransport 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 ab- geleitet. Durch die Abschirmvorrichtung wird die an dem me- tallischen Motorgehäuse vorliegende Wärme von der Elektronik- baugruppen abgeschirmt.

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

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform 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 Öffnung zur Durchführung der Kabel für die Energiever- sorgung der Aktivbaugruppe auf.

Sofern die Abschirmvorrichtung das erste Lager trägt, er- streckt sich die Abschirmvorrichtung vom äußeren des ersten

Lagers bis zu der Innenseite des Motorgehäuses.

Sofern die Abschirmvorrichtung unmittelbar um die Welle ange- ordnet ist, erstreckt sich die Abschirmvorrichtung von der

Welle bis zu der Innenseite des Motorgehäuses.

Die Abschirmvorrichtung kann hierfür beispielsweise scheiben- förmig ausgebildet sein.

Die Abschirmvorrichtung kann bis an die Innenseite des Motor- gehäuses geführt werden. Es ist Jedoch ebenso denkbar, dass die Abschirmvorrichtung einen Abstand zu der Innenseite des

Motorgehäuses aufweist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verdeckt die Abschirmvorrichtung die Seitenfläche der Elekt- ronikbaugruppe, welche zum Stator und/oder Rotor ausgerichtet ist. Hierdurch wird die Elektronikbaugruppe verbessert ther- misch von der Aktivbaugruppe abgeschirmt.

Vorzugsweise wird die zur Elektronikbaugruppe gerichtete Sei- tenfläche der Aktivbaugruppe vollständig durch die die Ab- schirmvorrichtung verdeckt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein metallisches Lagerschild zwischen der Abschirmvor- richtung 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 me- tallische Lagerschild in das äußere des Elektronikbaugruppen-

Gehäuseabschnitts geleitet werden, so dass eine optimierter

Wärmetransport vorliegt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Elektronikbaugruppe von der Abschirmvorrichtung ra- dial 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 abge- schirmt.

Bei einem runden Gehäuse des Elektromotors kann die Abschirm- vorrichtung beispielsweise topf-förmig ausgebildet sein. Mit- tels der topf-förmig ausgebildeten Abschirmvorrichtung wird die Elektronikbaugruppe thermisch zum Stator sowie zum Motor- gehäuse abgeschirmt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform 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 Ausführungsform der Erfindung umfasst das keramische Material Aluminiumoxid (Al1,0:), Zirko- noxid (Zr0») und/oder Siliziumnitrid (Si3:Nı).

Aluminiumoxid, Zirkonoxid und/oder Siliziumnitrid ermöglicht im Vergleich mit Stahl eine ähnliche Steifigkeit des Bauteils bei einem geringeren Gewicht und einer niedrigeren Wärmeleit- fähigkeit.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Abschirmvorrichtung eine Struktur auf, wobei die

Struktur dergestalt ist, dass wenigstens ein Hohlraum wenigs- tens teilweise von Material umgeben ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform 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 Ausführungsform, wonach der Hohlraum vollständig von Material umschlossen ist.

Vorteilhaft ist eine Ausführungsform, wonach der Hohlraum we- nigstens teilweise mit einem Material mit einer Wärmeleitfä- higkeit kleiner 1 W/(m:K) gefüllt ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform 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 Aktiv- baugruppe erfolgen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Abschirmvorrichtung einstückig ausgebildet.

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

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt der Leistungsbereich des Elektromotors für den bestimmungsge- mäßen Betrieb zwischen 50W bis 630kW.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Elektromotor eine Achshöhe auf, welche zwischen 20 mm bis 280 mm Liegt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der

Elektromotor derart ausgebildet, dass er als Zuführungsachse,

Handlings-Achse, Hilfsachse, allgemeine Antriebsachse,

Hauptspindel und/oder Nebenspindel eingesetzt werden kann.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die

Abschirmvorrichtung derart ausgebildet, dass die Elektronik- baugruppe thermisch von der Aktivbaugruppe abgeschirmt ist.

Thermisch abschirmen bedeutet insbesondere, dass im ordnungs- gemäßen Betrieb des Elektromotors ein ca. 58 % Temperaturge- fälle zwischen der Aktivbaugruppe und der Elektronikbaugruppe erreicht wird.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist im

Motorgehäuse zwischen der Aktivbaugruppe und der Elektronik- baugruppe eine Motorbremse, zum Bremsen des Motors, angeord- net. Vorzugsweise ist die Abschirmvorrichtung hierbei zwi- schen der Motorbremse und der Elektronikbaugruppe angeordnet.

Im Folgenden werden die Erfindung und Ausgestaltungen der Er- findung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungs- beispiele 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 Ausführungsform, und

FIG 3 eine schematische Darstellung eines Elektromotors in einer alternativen erfindungsgemäßen Ausfüh- rungsform.

Elemente der Figuren 1 bis 3 sind mit den gleiche Bezugszei- chen versehen, wie die jeweils korrespondierenden Elemente der Figuren. Die Elektromotoren sind jeweils im Schnitt sche- matisch 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 darge- stellt. Der Elektromotor 1 umfasst in seinem Motorgehäuse 8, eine Welle 6, einen Rotor 4, einen Stator 3 und als Elektro- nikbaugruppe 7 einen Geber.

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

Der Stator 3 ist der feststehende, unbewegliche Teil des

Elektromotors 1 und üblicherweise aus geblechtem Stahl ausge- bildet.

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 ver- teilt, 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 Ausführungsform.

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 Motor- gehäuse 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, wel- cher den Stator 3 umgibt, ein Elektronikbaugruppen-Gehäuseab- schnitt 10, welcher die Elektronikbaugruppe 7, hier den Ge- ber, umgibt, und einen Endschild-Gehäuseabschnitt 11 auf, welcher das Motorgehäuse 8 B-seitig abschließt. Die Gehäuse- abschnitte 9,10,11 sind Jeweils separat ausgebildet.

Es ist ebenso denkbar, dass das separat ausgebildete B-sei- tige 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-Ge- häuse 20 des Stator-Gehäuseabschnitts 9 bildet bzw. zumindest einen Teil des Stator-Gehäuseabschnitts 9 bildet.

Der Elektromotor 1 umfasst erfindungsgemäß eine Abschirmvor- richtung 12, welche zwischen der Aktivbaugruppe 2 und der

Elektronikbaugruppe 7 angeordnet ist. Diese Abschirmvorrich- tung 7 weist ein keramisches Material auf. Im vorliegenden

Ausführungsbeispiel besteht die Abschirmvorrichtung 7 aus dem keramischen Material Siliziumnitrid (SisN;).

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 me- chanisch innerhalb des Elektromotors fixiert. Hierbei um- schließt die Abschirmvorrichtung 12 radial das erste Lager 13 unmittelbar und wird bis an die Innenseite des Motorgehäuses 8 geführt. Die von der Elektronikbaugruppeneinheit in Rich- tung des Rotors 4 ausgerichtete Seitenfläche wird vollständig von der Abschirmvorrichtung 12 verdeckt.

Dadurch, dass der Innenraum des Motorgehäuses 8 rund ausge- bildet ist, ist die Abschirmvorrichtung 12 scheibenförmig ausgebildet. Zur Durchführung der Energieversorgung des Sta- tors 3, weist die Abschirmvorrichtung 12 eine nicht darge- stellte Öffnung auf, über welche die entsprechende Kabelfüh- rung vom Elektronikbaugruppen-Gehäuseabschnitt 10 zum Stator-

Gehäuseabschnitt 9 erfolgt.

Die Abschirmvorrichtung 12 trennt folglich den Innenraum des

Motorgehäuses 8 des Elektromotors 1 zwischen der Aktivbau- gruppe 2 und der Elektronikbaugruppe 7 räumlich. Die Ab- schirmvorrichtung 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 zwi- schen der Aktivbaugruppe 2 und der Elektronikbaugruppe 7, so dass im bestimmungsgemäßen Betrieb des Elektromotors 1 ein reduzierter thermischer Energieeintrag, der durch die Aktiv- baugruppe 2 erzeugten thermischen Energie an der Elektronik- baugruppe 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 Ak- tivbaugruppe 2 zur Elektronikbaugruppe 7 vorliegt. Die Elekt- ronikbaugruppe 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 Aktiv- baugruppe 2 im Betrieb erzeugten Wärme in das Gehäuseäußere und hierüber an die Elektromotorumgebung erfolgt. Der Elekt- romotor 1 kann zur verbesserten Kühlung ferner Kühlfinnen 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 ver- bunden. Es ist ebenso denkbar, dass die Abschirmvorrichtung mit dem Stator-Gehäuse 20 oder dem Elektronikbaugruppen-Ge- häuse 19 mechanisch verbunden ist.

FIG 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Elektromotors 1 in einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsform.

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 angeord- net 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 vorlie- genden thermischen Energie, bedingt durch die Aktivbaugruppe 2, in das Motorgehäuse 8, insbesondere das Elektronikbaugrup- pen-Gehäuse 19, erfolgt. Das Lagerschild 17 dient der geziel- ten und verbesserten Wärmeabfuhr der von der Aktivbaugruppe 2 im Betrieb des Elektromotors 1 erzeugten Wärme in den metal- lischen Bereich des Elektronikbaugruppen-Gehäuses 19.

Die Abschirmvorrichtung 12 der Figur 3 weist einen ersten Be- reich 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 Abschirmvor- richtung 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 Be- trieb 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 Elektronik- baugruppen-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 Er- findung soll hingegen ausschließlich durch die beigefügten

Ansprüche bestimmt sein.

Claims

Patentansprüche

1. Elektromotor (1) mit einer Aktivbaugruppe (2), welcher ei- nen Stator (3) und einen Rotor (4) umfasst, einer Elektronik- baugruppe (7) und einer Abschirmvorrichtung (12), welche zwi- schen der Aktivbaugruppe (2) und der Elektronikbaugruppe (7) angeordnet ist, wobei die Abschirmvorrichtung (12) ein kera- misches Material aufweist.

2. Elektromotor (1) nach Anspruch 1, wobei ein Materialanteil des keramischen Materials bezüglich eines Gesamtmaterialan- teils der Abschirmvorrichtung (12) wenigstens 50%, vorzugs- weise wenigstens 80%, beträgt.

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

4. Elektromotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektromotor (1) eine Welle (6) aufweist und zwi- schen 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.

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 ers- ten 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 Wand- stärke 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, wo- bei das Motorgehäuse (8) ein Stator-Gehäuseabschnitt (9), welcher den Stator (9) umgibt, und einen separat ausgebilde- ten 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 aus- gebildet ist.

10. Elektromotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abschirmvorrichtung (12) den Innenraum des Motorge- häuses (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 Lager- schild (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, insbeson- dere ein Umrichter, und/oder ein Motorgeber ist.

14. Elektromotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das keramische Material Aluminiumoxid (Al,O:), Zirkono- xid (ZrO2) und/oder Siliziumnitrid (Si3Nı) umfasst.

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