DE102005007611A1

DE102005007611A1 - Elektromotor mit Entstörvorrichtung

Info

Publication number: DE102005007611A1
Application number: DE102005007611A
Authority: DE
Inventors: François BREYNAERT; Hermann Yvetot
Original assignee: ArvinMeritor Light Vehicle Systems France SA
Current assignee: Inteva Products France SAS
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2005-10-06
Also published as: CN1667919A; KR20060043579A; US20050200230A1; JP2005261190A; FR2867628A1; BRPI0500838A; FR2867628B1

Abstract

Ein Elektromotor umfasst ein einstückig an einem Stator befestigtes Kommutatorgehäuse, wobei das Gehäuse Bürsten umfasst, und ein die Bürsten paarweise verbindendes Störschutzfilter, einen Kommutator (10) an einem mit einer Rotorwelle einstückig befestigten Tragring (11) und mit mehreren auf einem Umfang des Tragrings (11) angeordneten Metallsegmenten und mehrere Kondensatoren (20), wobei jeder Kondensator zwischen zwei benachbarten Kommutatorsegmenten aus Metall angeschlossen ist. Durch die Kombination dieser beiden Entstörvorrichtungen direkt auf dem Kommutator mit dem Kommutatorgehäuse erhält man eine maximale Reduktion der Emission von Störsignalen und die Erfüllung der strengsten Anforderungen hinsichtlich der Klasse elektromagnetischer Störungen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einer Entstörvorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Elektromotor, der Kraftfahrzeugausstattung wie zum Beispiel einen Fensterheber-, Schiebedachoder Sitzbetätigungsmotor antreiben soll.
Ein Elektromotor umfasst im Allgemeinen ein Statorgehäuse und einen in dem Stator drehbar gelagerten Rotor. Der Motor umfasst außerdem mit der Rotorwelle einstückig ausgebildete Wicklungen, wobei jede Wicklung mit zwei einander diametral gegenüberliegenden Segmenten eines Kommutators elektrisch verbunden ist. Der Kommutator umfasst herkömmlicherweise einen Ring mit einer Reihe von leitfähigen Segmenten auf seinem Umfang, wobei der Kommutatorring einstückig an einer Rotorwelle befestigt werden kann.
Der Kommutator ist im Allgemeinen in einem mit dem Stator einstückig ausgebildeten Kommutatorgehäuse montiert. Ein solches Gehäuse umfasst eine Halterung mit einer mittigen Öffnung, die dafür ausgelegt ist, den Kommutator aufzunehmen und die Rotorwelle durch die Halterung des Gehäuses verlaufen zu lassen. Die Halterung besteht aus einem isolierenden Material, zum Beispiel aus Kunststoff.
Das Kommutatorgehäuse umfasst außerdem mindestens zwei Bürsten, die einander relativ zu dem Kommutator diametral gegenüberliegen und dafür ausgelegt sind, während der Drehung des Kommutators zusammen mit der Rotorwelle mit den Kommutatorsegmenten in Kontakt zu treten. Die Bürsten sind mit einer Stromversorgung elektrisch verbunden.
Wenn der Motor in der an sich bekannten Weise arbeitet, werden die Bürsten gegen die Kommutatorsegmente gedrückt, um sukzessive die verschiedenen, den verschiedenen Paaren von einander diametral gegenüberliegenden Segmenten entsprechenden Wicklungen zu versorgen, während sich der Kommutator mit dem Rotor dreht.
Wenn der Motor läuft, kommen die Bürsten also sukzessive mit den verschiedenen rotierenden Kommutatorsegmenten in Kontakt. Wenn sich eine Bürste von einem Segment zum nächsten bewegt, kann zwischen der Bürste und dem Segment, das zuvor mit der Bürste in elektrischem Kontakt stand, ein Lichtbogen erzeugt werden. Das Entstehen eines Lichtbogens ist ein bekanntes Phänomen, wenn ein Schalter geöffnet wird, wenn ein elektrischer Strom hindurchfließt. Im vorliegenden Fall ist der Lichtbogen auf die induktive Wirkung der zuvor durch die Bürste aktivierten Wicklung zurückzuführen.
Das Auftreten von Lichtbögen oder zwischen den Kommutatorsegmenten und den Bürsten erzeugter Spannungsspitzen kann nun erstens diese Elemente beschädigen und zweitens eine Quelle für Störsignale sein, die andere Komponenten des Motors oder des Fahrzeugs stören können.
Die Standards für Funkstörungen beschränken ferner die Ausbreitung von Störsignalen von einem Teil der Ausstattung zu einem anderen. Der Internationale Sonderausschuss für Funkstörungen (CISPR = International Special Committee on Radio Interference) oder sonstige Organisationen haben verschiedene Klassen definiert, die verschiedenen Störpegeln entsprechen. Je nach der Baureihe des Fahrzeugs dürfen die Fahrzeughersteller die eingestellten Pegel der elektromagnetischen Störung nicht überschreiten.
Um induzierte Störsignale zu vermindern, werden an Kommutatorgehäusen Filter angebracht. 1 veranschaulicht ein Kommutatorgehäuse 100, das eine Halterung 105 trägt, auf der ein Störschutzfilter 110 angeordnet ist. Das Gehäuse 100 umfasst zwei Bürsten 120, die mit den Kommutatorsegmenten in Kontakt kommen sollen, wobei eine Ausnehmung 130 vorgesehen ist, um den Kommutator aufzunehmen und die Rotorwelle durch die Halterung des Gehäuses 100 verlaufen zu lassen.
Das Störschutzfilter 110 wird durch eine LC-Schaltung (Induktivitäts-Kapazitäts-Schaltung) gebildet, die die zwei Versorgungsbürsten 120 des Kommutatorgehäuses verbindet und es möglich macht, zum Teil die Störungen herauszufiltern, die dadurch erzeugt werden, dass sich die Bürsten an den Kommutatorsegmenten hin- und herbewegen.
Mit einem solchen LC-Filter können induzierte Störsignale nicht genügend herausgefiltert werden mit dem Ergebnis, dass mit einer solchen Vorrichtung ausgestattete Motoren den höchsten Standards für Funkstörungen nicht gerecht werden.
Die graphische Darstellung in 3a zeigt durch den Motor induzierte Funkstörungen in Abhängigkeit von der Frequenz. Die Graphik dient nur der Veranschaulichung, und die Zahlenwerte auf der X- und Y-Achse sind typische Werte. Es ist festzustellen, dass mit dieser Lösung bei bestimmten Frequenzen die schärfsten Zulassungsbedingungen nicht erfüllt werden können.

Das Französische Patent 2,814,868 offenbart einen Kommutator eines Elektromotors mit einer vereinfachten Entstörvorrichtung. Entladeschaltungen sind auf einer auf die Rotorwelle aufgeschobenen ringförmigen gedruckten Leiterplatte vorgesehen. Somit ist jedes Paar von benachbarten Kommutatorsegmenten durch eine mit dem Kommutatorring einstückig ausgebildete RC-Schaltung (Widerstands-Kapazitäts-Schaltung) der gedruckten Schaltung verbunden. Durch diese Entladeschaltungen können die meisten Lichtbogenphänomene vermieden und Spannungsspitzen begrenzt werden.

Dennoch erfordert eine solche Entstörvorrichtung die Herstellung und Montage einer gedruckten Schaltung. Um korrekt zu funktionieren, ist es ferner notwendig, ein Andrückelement bereitzustellen, um die Stege der gedruckten Schaltung ständig mit den Kommutatorsegmenten in Kontakt zu halten.

Diese Lösung nach dem Stand der Technik führt infolgedessen zu erhöhten Fertigungskosten und erzeugt die Gefahr einer falschen Funktionsweise infolge eines schlechten Kontakts.

Ferner kann diese Lösung den schärfsten Zulassungsbedingungen nicht genügen.

Infolgedessen besteht ein Bedarf an einem Kommutatorgehäuse, mit dem ein hohes Maß an Störungsunterdrückung erreicht werden kann, während gleichzeitig eine zuverlässige Montage und Funktionsweise garantiert werden.

Um dies zu erreichen, stellt die Erfindung einen Elektromotor bereit, der Folgendes umfasst: ein einstückig an einem Stator befestigtes Kommutatorgehäuse, wobei das Gehäuse mindestens zwei Bürsten umfasst, die mit einem Kommutator in Kontakt kommen sollen, und ein Störschutzfilter, das die Bürsten paarweise verbindet; einen Kommutator mit einem Tragring, der einstückig an einer Rotorwelle befestigt ist, wobei der Kommutator mehrere Metallsegmente umfasst, die auf einem Umfang des Tragrings angeordnet sind, und mehrere Kondensatoren, wobei jeder Kondensator zwischen zwei benachbarten Kommutatorsegmenten aus Metall angeschlossen ist.

Vorzugsweise sind die Kondensatoren zwischen dem Tragring und den Kommutatorsegmenten aus Metall angeordnet.

Jeder Kondensator trägt vorzugsweise zwei Stromanschlüsse, die jeweils an zwei benachbarte Kommutatorsegmente angelötet sind.

Mehrere Kondensatoren können zwischen zwei gleichen benachbarten Kommutatorsegmenten parallel geschaltet sein.

Das Störschutzfilter des Kommutatorgehäuses umfasst vorzugsweise mindestens eine Spule (L) und mindestens einen Kondensator (C).

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nun folgenden ausführlichen, lediglich beispielhaft gedachten Beschreibung einiger Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen besser ersichtlich.
1 ist, wie oben erläutert, eine Darstellung eines Kommutatorgehäuses gemäß dem Stand der Technik.
2 ist eine Darstellung eines bei einem Elektromotor verwendeten Kommutators gemäß der Erfindung.
3a ist, wie oben erläutert, eine graphische Darstellung der Funkstörpegel in Abhängigkeit von der Frequenz bei dem Kommutatorgehäuse von 1.
3b ist eine graphische Darstellung der Funkstörpegel in Abhängigkeit von der Frequenz bei dem Kommutator von 2.
3c zeigt Funkstörpegel in Abhängigkeit von der Frequenz bei einem Elektromotor gemäß der Erfindung.
Der Motor gemäß der Erfindung umfasst ein mit einem Störschutzfilter ausgestattetes Kommutatorgehäuse und einen Kommutator, der eine an dem Kommutatorgehäuse montierte Entstörvorrichtung aufweist.
Das Kommutatorgehäuse ist mit einem Stator einstückig ausgebildet und umfasst mindestens zwei Bürsten, die mit einem Kommutator in Kontakt kommen sollen, und ein Störschutzfilter, das die Bürsten paarweise verbindet.
Ferner umfasst der Kommutator einen an einer Rotorwelle einstückig befestigten Tragring, mehrere Metallsegmente, die am Umfang eines Tragrings angeordnet sind, und mehrere Kondensatoren, die zwischen dem Tragring und den Metallsegmenten angeordnet sind. Jeder Kondensator ist zwischen zwei benachbarten Metallsegmenten angeschlossen. Die zwischen den einzelnen Segmenten angeschlossenen Kondensatoren sorgen für eine gute Entladung der erzeugten Lichtbögen.
Außerdem ist ein solcher Kommutator auf einem Gehäuse montiert, das ein Störschutzfilter trägt, das die Filterfunktion der auf dem Kommutator angeordneten Kondensatoren ergänzt.
Die Kombination dieser zwei Entstörvorrichtungen, direkt auf dem Kommutator und auf dem Kommutatorgehäuse, sorgt für eine maximale Verminderung der Emission von Störsignalen und für die Erfüllung der höchsten bekannten Anforderungen hinsichtlich der Störklassen.
Der bei dem Elektromotor gemäß der Erfindung verwendete Kommutator wird nun anhand von 2 beschrieben.
Der Kommutator umfasst einen Tragring 11, im Allgemeinen aus Kunststoff, und hat mehrere Metallsegmente 12, die am Umfang des Tragrings 11 angeordnet sind. Die Segmente 12 sind im Allgemeinen in Kerben des Tragrings 11 angeordnet und sind dadurch mittels Kunststoffrippen 14 gegeneinander isoliert. Die Metallsegmente 12 umfassen außerdem Hakenelemente 13, die an einem Ende jedes Segments ausgearbeitet sind. Diese Hakenelemente erlauben anschließend die Verbindung der Kommutatorsegmente mit den Rotorwicklungen.
Kondensatoren 20 sind direkt zwischen dem Tragring 11 und den Kommutatorsegmenten 12 angeordnet. Jeder Kondensator 20 hat zwei Stromanschlüsse 21, 22, die jeweils an zwei benachbarte Segmente 12 angelötet sind.
Mehrere Kondensatoren 20 sind somit in dem bei der Erfindung verwendeten Kommutator angeordnet, wobei jeder Kondensator 20 zwischen zwei benachbarten Metallsegmenten 12 angeschlossen ist.
Die verwendeten Kondensatoren sind vom SMD-Typ (oberflächenmontierbar), was eine kompakte und kostengünstige Lösung bietet. Die Kondensatoren können eine kleine Kapazität von zum Beispiel um die 470 nF haben. Solche Komponenten sind zu niedrigen Kosten ohne weiteres auf dem Markt erhältlich.
Bei einer Anwendung können mehrere Kondensatoren 20 parallel auf ein Paar der gleichen benachbarten Segmente 12 gelötet angeordnet werden. Dadurch kann die Entladungskapazität zwischen Kommutatorsegmenten erhöht werden, während immer noch Kondensatoren mit niedriger Kapazität verwendet werden.
Die Graphik in 3b zeigt durch einen Motor mit dem Kommutator von 2 induzierte Funkstörungen in Abhängigkeit von der Frequenz. Diese Graphik dient außerdem nur der Veranschaulichung, und die Zahlenwerte auf der X- und Y-Achse schränken die Erfindung nicht ein. Es ist festzustellen, dass im Vergleich zu der Graphik in 3a, die durch einen Motor mit einer einfachen Entstörvorrichtung auf einem Kommutatorgehäuse nach dem Stand der Technik induzierte Störungen zeigt, die induzierte Funkstörung reduziert wurde. Dennoch werden die schärfsten Zulassungsbedingungen immer noch nicht erfüllt.
Der Kommutator 10 von 2 kann in ein Kommutatorgehäuse 100 gemäß 1 eingesetzt werden, wenn ein Elektromotor montiert wird. Ein solches Gehäuse ist in dem Stator eines Elektromotors (nicht dargestellt, aber an sich bekannt) angeordnet.
Die Montage der verschiedenen Teile kann wie folgt durchgeführt werden.
Der Tragring 11 des Kommutators 10 wird über eine Rotorwelle geschoben. Die Rotorwelle trägt die üblichen Wicklungen. Die Wicklungen werden dann jeweils mit zwei einander diametral gegenüberliegenden Kommutatorsegmenten verbunden. Für diese Verbindung mit den Rotorwicklungen können die am Ende jedes Segments 12 vorgesehenen Hakenelemente 13 verwendet werden.
Die Rotorwelle, auf die der Tragring 11 geschoben wurde, wird in den Stator eingesetzt und verläuft durch eine Öffnung 130 in dem Kommutatorgehäuse 100. Der mit den Kondensatoren 20 versehene Kommutator 10 wird somit auf der Halterung 105 des Kommutatorgehäuses 100 positioniert, das ein Störschutzfilter 110 trägt.
Ein Störschutzfilter 110 (R-L-C) jedes beliebigen Typs kann bei dem erfindungsgemäßen Gehäuse verwendet werden. Das Störschutzfilter 110 des Kommutatorgehäuses 100 kann fakultativ vereinfacht sein, da die Kondensatoren 20 des Kommutators 10 bereits eine relativ wirksame (siehe die Graphik von 3b) Störungsunterdrückungsfunktion bereitstellen.
Wir haben somit einen Elektromotor bereitgestellt, der ein mit einem Stator einstückig montiertes Kommutatorgehäuse trägt, das ein Störschutzfilter trägt, und einen mit einer Rotorwelle einstückig montierten Kommutator, der ebenfalls eine Entstörvorrichtung trägt, die von mehreren Kondensatoren gebildet wird, die zwischen Paaren von benachbarten Metallsegmenten angeschlossen sind. Der erhaltene Elektromotor umfasst somit eine verbesserte Entstörvorrichtung.
Die Graphik in 3c zeigt durch einen erfindungsgemäßen Motor induzierte Funkstörungen. Es ist festzustellen, dass im Vergleich zu den Graphiken von 3a und 3b diese induzierten Funkstörungen vermindert wurden. Insbesondere werden für alle Frequenzen die schärfsten Zulassungsbedingungen erfüllt.
Ganz offensichtlich ist diese Erfindung nicht auf die beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen beschränkt; die Anordnung der Kondensatoren 20 auf dem Kommutator 10 und die Anordnung des Störschutzfilters 110 auf dem Kommutatorgehäuse 100 kann somit an verschiedene Typen von Elektromotoren angepasst werden.

Claims

Elektromotor mit: – einem Kommutatorgehäuse (100), das einstückig an einem Stator befestigt ist, wobei das Gehäuse (100) mindestens zwei Bürsten (120) umfasst, die so ausgebildet sind, dass sie mit einem Kommutator in Kontakt kommen, und ein Störschutzfilter (110), das die Bürsten (120) paarweise verbindet; – einem Kommutator (10) mit einem Tragring (11), der einstückig an einer Rotorwelle befestigt ist, wobei der Kommutator mehrere Metallsegmente umfasst, die auf einem Umfang des Tragrings (11) angeordnet sind, und mehrere Kondensatoren (20), wobei jeder Kondensator zwischen zwei benachbarten Kommutatorsegmenten (12) aus Metall angeschlossen ist.
Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren (20) zwischen dem Tragring (11) und den Metallsegmenten (12) des Kommutators (10) angeordnet sind.
Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kondensator (20) zwei Stromanschlüsse (21, 22) trägt, die jeweils an zwei benachbarte Segmente (12) des Kommutators (10) angelötet sind.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kondensatoren (20) zwischen zwei gleichen benachbarten Segmenten (12) des Kommutators (10) parallel geschaltet sind.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das Störschutzfilter (110) des Kommutatorgehäuses (100) mindestens eine Spule (L) und mindestens einen Kondensator (C) umfasst.