CZ309732B6

CZ309732B6 - Stejnosměrný komutátorový elektromotor

Info

Publication number: CZ309732B6
Application number: CZ2018-216A
Authority: CZ
Inventors: Libor Kuděla; Libor Ing Kuděla
Original assignee: Brano A.S
Priority date: 2018-05-07
Filing date: 2018-05-07
Publication date: 2023-08-30
Also published as: DE202019102493U1; CZ2018216A3; CN210898831U

Abstract

Stejnosměrný komutátorový elektromotor má na komutátorové straně (6) stínicí prostředek (11) s třemi nad sebou uspořádanými nosnými vrstvami plošných spojů, oddělenými od sebe izolačními vrstvami, horní nosná vrstva přivrácená k čelu (5) komutátorové strany (6) elektromotoru (1) má LC filtr (18) vodivě spojený s elektrickými vývody (7, 8) elektromotoru (1), spodní nosná vrstva má spodní vodivou desku (33) opatřenou spodními otvory (33a, 33b), prostřední nosná vrstva má dvě vedle sebe uspořádané, vzájemně izolované prostřední vodivé desky s otvory (31a, 32a) s elektricky vodivě uloženými dutinkovými vodivými průchodkami (37, 38), jedněmi konci elektricky izolovaně procházející spodními otvory (33a, 33b) spodní vodivé desky (33) a druhými konci spojené se vstupními vývody (26, 27) LC filtru spodní nosné vrstvy, a spodní vodivá deska je spojena elektricky vodivým obvodovým stínícím krytem (17) s vodivým pláštěm (10) elektromotoru (1).

Description

Stejnosměrný komutátorový elektromotor

Oblast techniky

Vynález se týká stejnosměrného komutátorového elektromotoru, zejména pro motorová vozidla, uzavřeného v elektricky vodivém plášti uspořádaném kolem obvodu elektromotoru a na čele elektromotoru, kterým prochází výstupní hřídel, a opatřený na protilehlém čele na komutátorové straně elektromotoru stínícím prostředkem s plošnými spoji.

Dosavadní stav techniky

Stejnosměrný komutátorový elektromotor při svém provozu vyzařuje do svého okolí elektromagnetické rušení, které vychází z komutátorů elektromotoru. Elektromagnetické rušení je nežádoucí jev, který se snaží výrobci zařízení minimalizovat. Povolené limity rušení jsou dány národními nařízeními nebo je stanovuje sám výrobce pro konkrétní aplikaci v automobilu.

U stejnosměrných komutátorových elektromotorů bývá obtížné splnit požadované limity rušení. Odrušení se dosahuje prostředky, které obsahují obecně známé součástky jako dvoupólové nebo průchodkové kondenzátory, tlumivky nebo stínění dodatečným vodivým a uzemněným obalem elektrického zařízení. Pro odrušení jsou známy tzv. LC filtry, složené z cívek a kondenzátorů, které jsou připojovány. Tyto filtry jsou připojovány k elektromotoru uvnitř nebo vně pláště elektromotoru. Používají se všude tam, kde se požaduje různá frekvenční charakteristika filtru v propustném a nepropustném pásmu.

Z dokumentu CN 201584861 je příkladně znám EMC filtr s deskou plošných spojů, který je připájen k elektromotoru. EMC filtr obsahuje obvodovou desku, která je opatřena EMC filtrační deskou a je připájena na jednom konci výstupního hřídele motoru, přičemž otvor, skrze který je výstupní hřídel motoru veden, je uspořádaný na desce s plošnými spoji, a napájecí otvory, do kterých jsou vloženy napájecí svorky motoru, uspořádané na obvodové desce. Vodivé měděné vrstvy jsou uspořádány kolem otvorů napájení na desce. EMC filtr a způsob pájení je jednoduchý, výrobní náklady nízké a účinnost filtru vysoká.

Způsobů a prostředků pro elektromagnetické odrušení elektromotorů je známo nesčetně. Nevýhodou dosud známých řešení bývá přílišná velikost desek plošných spojů, nepostačující účinnost, nepostačující průběh frekvenční charakteristiky filtru nebo nevhodné uspořádání, neumožňující použití stejnosměrného komutátorového elektromotoru v přídavných a obslužných zařízeních motorového vozidla.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je minimalizovat elektromagnetické rušení u malých stejnosměrných komutátorových elektromotorů, používaných pro ovládání nebo pohon nejrůznějších přídavných zařízení instalovaných v motorových vozidlech. Cílem vynálezu je umožnit použití stejnosměrného komutátorového elektromotoru v zařízeních, pro která platí přísné EMC limity a kde by jinak musel být použit nákladnější bezkomutátorový elektromotor. Nejbližším cílem je potlačení elektromagnetického rušení stejnosměrného komutátorového elektromotoru pro použití v mechanismu polohování sedadel automobilu.

Nevýhody dosavadního stavu techniky podstatnou měrou odstraňuje a cíl vynálezu splňuje stejnosměrný komutátorový elektromotor podle nároku 1. Výhodná provedení stejnosměrného komutátorového elektromotoru podle vynálezu jsou uvedena v závislých nárocích 2 až 4.

- 1 CZ 309732 B6

Stejnosměrný komutátorový elektromotor podle vynálezu má stínicí prostředek tvořený vícevrstvým plošným spojem s prostorovou kombinací LC filtru, průchodkového kondenzátoru a stínícího krytu. Stejnosměrný komutátorový elektromotor podle vynálezu má stínicí prostředek, který potlačuje jak rušení vyzařováním, tak potlačuje rušení šířené po vodičích. Stínicí prostředek stejnosměrného komutátorového elektromotoru podle vynálezu prokázal při ověření v EMC laboratoři vysokou účinnost.

Výhody stejnosměrného komutátorového elektromotoru podle vynálezu spočívají zejména v tom, že elektromagnetické rušení je sníženo na nižší úroveň, která splňuje požadované limity rušení.

Objasnění výkresů

Stejnosměrný komutátorový elektromotor podle vynálezu je vyobrazen na výkresech, na nichž znázorňuje:

obr. 1 boční pohled na elektromotor se stínicím prostředkem;

obr. 2 uspořádání vrstev stínicího prostředku;

obr. 3 uspořádání horní vrstvy plošného spoje;

obr. 4 uspořádání prostřední vrstvy plošného spoje;

obr. 5 uspořádání spodní vrstvy plošného spoje a obr. 6 zapojení LC filtru.

Příklad uskutečnění vynálezu

Podle obr. 1 je stejnosměrný komutátorový elektromotor 1 kolem svého obvodu 2 opatřen elektricky vodivým pláštěm 10, který přechází do čela 3 elektromotoru, ze kterého vystupuje výstupní hřídel 4. Na čele 5 protilehlé komutátorové straně 6 elektromotoru 1 je uspořádán stínicí prostředek 11, na jehož straně přivrácené k čelu 5 komutátorové strany 6 elektromotoru 1 je formou plošných spojů uspořádán LC filtr 18, ze kterého vystupují cívky L1, L2. LC filtr 18 je svými výstupními vývody připojen k elektrickým vývodům 7, 8 elektromotoru 1. Na opačné straně, odvrácené od čela 5 elektromotoru, vystupují ze stínicího prostředku 11 vstupní vývody LC filtru 18, připojené k napájecím vodičům 21, 22 elektrické sítě motorového vozidla. Stínicí prostředek 11 je podél svého obvodu opatřen vodivým stínicím krytem 17, který spojuje stínicí prostředek 11 s vodivým pláštěm 10 elektromotoru 1.

Z obr. 2 je zřejmé uspořádání nosných vrstev 12, 14, 16 plošných spojů a izolačních vrstev 13, 15 stínicího prostředku 11. První izolační vrstva 13 je uspořádána mezi horní nosnou vrstvou 12 a prostřední nosnou vrstvou 14 a druhá isolační vrstva 15 je uspořádána mezi prostřední nosnou vrstvou 14 a spodní nosnou vrstvou 16.

Podle obr. 3 je horní nosná vrstva 12, na straně přivrácené podle obr. 1 k čelu 5 komutátorové strany 6 elektromotoru 1, opatřena plošnými spoji, tvořícími LC filtr. LC filtr je tvořen dvěma indukčními cívkami L1, L2. První indukční cívka L1 je plochými spoji spojena jedním výstupem s prvním elektrickým vývodem 7 elektromotoru 1 a s jednou stranou třetího kondenzátoru C3 a druhým výstupem je spojena s jednou stranou druhého kondenzátoru C2. Druhá indukční cívka L2 je plochými spoji spojena jedním výstupem s elektrickým vývodem 8 elektromotoru 1 a s druhou stranou druhého kondenzátoru C2 a druhým výstupem je spojena s jednou stranou čtvrtého kondenzátoru C4. První indukční cívka L1 je plochými spoji spojena svým vstupem

- 2 CZ 309732 B6 s prvním napájecím vodičem 21 a jednou stranou pátého kondenzátoru C5. Druhá indukční cívka L2 je plochými spoji spojena svým vstupem s druhým napájecím vodičem 22 a jednou stranou šestého kondenzátoru C6. Druhé strany kondenzátorů C3, C4 a druhé strany kondenzátorů C5, C6 jsou vzájemně spojeny, přičemž druhé strany kondenzátorů C3, C4, C5, C6 jsou vodivě spojeny zároveň s uzemňovacím vodičem 23 elektrické sítě motorového vozidla.

Podle obr. 4 je prostřední nosná vrstva 14 opatřena dvěma prostředními vodivými deskami 31, 32, které jsou od sebe odděleny tak, že se nedotýkají nebo jsou vzájemně izolovány. Prostřední vodivé desky 31, 32 leží v zásadě v jedné rovině vedle sebe. V prostředních vodivých deskách 31, 32 jsou vytvořeny prostřední otvory 31a, 32a uspořádané rovnoběžně vedle sebe, každý v jedné z prostředních vodivých desek 31, 32. V prostředních otvorech 31a, 32a prostředních vodivých desek 31, 32 jsou elektricky vodivě uloženy dutinkové vodivé průchodky 37, 38.

Na obr. 5 je znázorněna spodní nosná vrstva 16, na které je uspořádána spodní vodivá deska 33. Spodní vodivá deska 33 má dva kruhové spodní otvory 33a, 33b, kterými volně prochází dutinkové vodivé průchodky 37, 38. Dutinkové vodivé průchodky 37, 38 jsou vyrobeny z mědi a mají válcový tvar. Do vnitřních prostorů válcových dutinkových vodivých průchodek 37, 38 zasahují napájecí vodiče 21, 22 elektrické sítě motorového vozidla, které jsou s vnitřním povrchem válcových dutinkových průchodek 37, 38 vodivě spojeny. Konce dutinkových vodivých průchodek 37, 38, procházející spodními otvory 33a, 33b spodní vodivě desky 33, jsou spojeny s napájecími vodiči 21, 22 elektromotoru 1. Dutinkové vodivé průchodky 37, 38 procházejí spodními otvory 33a, 33b spodní vodivé desky 33 s dostatečnou vůlí, aby nedocházelo ke zkratu. Ve spodní vodivé desce 33 je dále vytvořen centrální otvor 36 pro průchod uzemňovacího vodiče 23 elektrické soustavy motorového vozidla, který je vodivě spojen se spodní vodivou deskou 33. Spodní nosná vrstva 16 je po svém obvodu vodivým lepidlem vodivě spojena s neznázorněným vodivým stínícím krytem 17, který je uspořádán po obvodu vodivého pláště 10 elektromotoru, jak je znázorněno na obr. 1.

Podle obr. 6 je LC filtr 18, uspořádaný podle obr. 3 na horní nosné vrstvě 12, tvořen dvěma indukčními cívkami L1, L2 s výstupními vývody 28, 29, které jsou spojeny s elektrickými vývody 7, 8 elektromotoru, a se vstupními vývody 26, 27, které jsou podle obr. 5 spojeny vodivými dutinkovými průchodkami 37, 38 s napájecími vodiči 21, 22. Výstupní vývody indukčních cívek L1, L2 jsou spolu propojeny paralelně jednak vedením přes kondenzátor C2 a jednak vedením přes kondenzátory C3, C4 uspořádané za sebou. Vstupní vývody 26, 27 indukčních cívek L1, L2 jsou spolu propojeny vedením přes kondenzátory C5, C6 uspořádané za sebou. Vedení mezi kondenzátory C3, C4 a vedení mezi kondenzátory C5, C6 jsou spojena spolu navzájem prvním vedením 24, které je druhým vedením 25 spojeno s uzemňovacím vývodem 9 elektromotoru 1 a s uzemňovacím vodičem 23 elektrické sítě vozidla.

Podle obr. 5 procházejí dutinkové vodivé průchodky 37, 38 svými jedněmi konci elektricky izolovaně spodní otvory 33a, 33b spodní vodivé desky 33 a svými druhými konci jsou podle obr. 6 spojeny se vstupními vývody 26, 27 indukčních cívek LC filtru horní nosné vrstvy 16. V nosných vrstvách 12, 14, 16 jsou vytvořeny osově souměrné otvory pro průchod uzemňovacího vodiče 23.

Plošné spoje plní zároveň funkci průchodkových kondenzátorů. Výstupní vodiče elektromotoru jsou přes LC filtr a průchodkové kondenzátory připojeny na elektrickou síť vozidla. Kostra vozidla je připojena na stínicí kryt. Pro minimalizaci rušení jsou na čele elektromotoru na straně komutátoru spolu do co nejmenšího zástavbového prostoru zkombinovány LC filtr, vícevrstvý plošný spoj s funkcí průchodkového kondenzátoru a stínicí kryt, spojující spodní vodivou desku 33 po jejím obvodu s vodivým pláštěm 10. Stínicí kryt uzavírá prostor nad výstupními vodiči elektromotoru. Kryt je tvořen měděnou fólií s vodivým lepidlem. Fólie tvoří souvislé vodivé spojení pláště elektromotoru a spodní vrstvy vícevrstvého plošného spoje.

Plošné spoje jsou s jednotlivými komponenty, cívkami a kondenzátory, vzájemně pospojovány

- 3 CZ 309732 B6 pájením. Prostřední vodivé desky 31, 32 uspořádané na prostřední nosné vrstvě 14 a spodní vodivá deska 33 uspořádaná na spodní nosné vrstvě 16, jsou vyrobeny z mědi. Plošný spoj je uspořádán tak, aby plnil funkci průchodkového kondenzátoru a tím zabraňoval rušení na vysokých frekvencích.

Průchodkový kondenzátor je vytvořen mezi prostřední nosnou vrstvou 14 a spodní nosnou vrstvou 16 plošného spoje, kde druhá izolační vrstva 15 tvoří dielektrikum kondenzátoru. Uspořádání prostředních vodivých desek 31, 32 a spodní vodivé desky 33 tvoří celkem dva průchodkové kondenzátory. Vlastnosti kondenzátoru jsou dány vzdáleností jednotlivých vrstev, 10 tvarem obrazce tvořícího desku kondenzátoru a druhem materiálu v izolační vrstvě.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1 . Stejnosměrný komutátorový elektromotor, zejména pro motorová vozidla, uzavřený v elektricky vodivém plášti (10) uspořádaném kolem obvodu (2) elektromotoru (1) a na čele (3) elektromotoru (1), kterým prochází výstupní hřídel (4), a opatřený na protilehlém čele (5) na komutátorové straně (6) elektromotoru (1) stínícím prostředkem (11) s plošnými spoji, vyznačující se tím, že stínicí prostředek (11) zahrnuje tři nad sebou uspořádané nosné vrstvy (12, 14, 16) plošných spojů, oddělené od sebe izolačními vrstvami (13, 15), přičemž

- horní nosná vrstva (12) přivrácená k čelu (5) komutátorové strany (6) elektromotoru (1) je opatřena LC filtrem (18), svými výstupními vývody (28, 29) vodivě spojeným s elektrickými vývody (7, 8) elektromotoru,

- prostřední nosná vrstva (14) je opatřena dvěma vedle sebe uspořádanými, vzájemně izolovanými prostředními vodivými deskami (31, 32) opatřenými otvory (31a, 32a),

- spodní nosná vrstva (16) je opatřena spodní vodivou deskou (33) opatřenou spodními otvory (33a, 33b),

- v prostředních otvorech (31a, 32a) prostředních vodivých desek (31, 32) jsou elektricky vodivě uloženy dutinkové vodivé průchodky (37, 38), které svými jedněmi konci elektricky izolovaně procházejí spodními otvory (33a, 33b) spodní vodivé desky (33), a svými druhými konci jsou spojeny se vstupními vývody (26, 27) LC filtru (18) horní nosné vrstvy (12), a

- spodní vodivá deska (33) je po obvodě spojena elektricky vodivým obvodovým stínicím krytem (17) s vodivým pláštěm (10) elektromotoru (1).
2. Stejnosměrný komutátorový elektromotor podle nároku 1, vyznačující se tím, že LC filtr (18) je na horní nosné vrstvě (12) uspořádán na straně, přivrácené k čelu (5) komutátorové strany (6) elektromotoru (1).
3. Stejnosměrný komutátorový elektromotor podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že konce dutinkových vodivých průchodek (37, 38), procházející spodními otvory (33 a, 33b) spodní vodivé desky (33), jsou spojeny s napájecími vodiči (21, 22) elektromotoru (1).
4. Stejnosměrný komutátorový elektromotor podle nároku 3, vyznačující se tím, že LC filtr (18) je tvořen dvěma indukčními cívkami (L1, L2), jejichž výstupní vývody (28, 29), spojené s elektrickými vývody (7, 8) elektromotoru (1), jsou propojeny přes druhý kondenzátor (C2) a paralelně přes kondenzátory (C3, C4) uspořádané za sebou, a jejichž vstupní vývody (26, 27), spojené dutinkovými vodivými průchodkami (37, 38) s napájecími vodiči (21, 22), jsou propojeny přes kondenzátory (C5, C6) uspořádané za sebou, přičemž vedení mezi kondenzátory (C3, C4) a vedení mezi kondenzátory (C5, C6) jsou spojena s uzemňovacím vývodem (9) elektromotoru (1) a s uzemňovacím vodičem (23) elektrické sítě vozidla.