DE102005050999A1 - Reduced noise generation from the sliding brush commutator of a rotary electrical machine is obtained using angled segments - Google Patents

Reduced noise generation from the sliding brush commutator of a rotary electrical machine is obtained using angled segments Download PDF

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Abstract

Rotary commutator of an electrical machine e.g. motor , is produced with contact segments (11) that are connected to the rotor windings and are separated by a gap (16). Power transfer is made using a square cross section sliding brush designed to bridge the contact segments. The segments are set at an angle to the axis of the rotor.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kommutator für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Heckwischermotor an einem Kraftfahrzeug.The Invention relates to a commutator for an electric machine, especially for a rear wiper motor on a motor vehicle.

Ein Kommutator an einer elektrischen Maschine, der Teil eines als Anker ausgebildeten Läufers der Maschine ist, ist in der Regel über einen nabenartigen Isolierstoffkörper mit der Läuferwelle verbunden. Umfangsseitig sind an diesem Isolierstoffkörper Kommutatorsegmente angeordnet, die jeweils mit einer Wicklung des Ankers verbunden und durch einen Spalt voneinander getrennt sind. Diese Kommutatorsegmente sind als elektrische Kontaktelemente mit einer Kontaktfläche für wenigstens eine umfangsseitig vorgespannt anliegende Schleifbürste ausgebildet und dabei entsprechend gebogen.One Commutator on an electric machine, part of an anchor trained runner The machine is usually with a hub-like Isolierstoffkörper with the rotor shaft connected. On the circumference of this insulating body Kommutatorsegmente arranged, each connected to a winding of the armature and separated by a gap. These commutator segments are as electrical contact elements with a contact surface for at least formed a circumferentially biased adjacent brush and bent accordingly.

Beim Betrieb der Maschine können unerwünschte Geräusche auftreten, die durch die wenigstens eine Schleifbürste verursacht werden, beispielsweise durch Toleranzabweichungen bei deren Halterung und Führung und auch durch deren verschleißbedingte Abnutzung der Gleitfläche im Betrieb der Maschine. Die Geräuschentwicklung ist abhängig von der Zahl der am Kommutator ausgebildeten Kommutatorsegmente und Spalte und kann als Resultat ein Rattergeräusch hervorbringen.At the Operation of the machine can undesirable Sounds occur, caused by the at least one brush be, for example by tolerance deviations in the holder and leadership and also by their wear-related Wear of the sliding surface during operation of the machine. The noise depends on the number of Kommutatorsegmente formed at the commutator and Column and can result in a rattling noise as a result.

Zur Reduzierung solcher Geräusche ist es aus der DE 103 32 302 A1 bekannt, zusätzlich zu einer die Vorspannung der Schleifbürste erzeugenden Federkraft ein Element, beispielsweise eine schräg gestellte Federzunge, vorzusehen, das einem elastischen Abheben der Schleifbürste von dem Kontaktelement entgegenwirkt. Dieses Element verhindert Schwingungen der Schleifbürste in deren Führung und verhindert das Schwingungen verursachende Abheben der Schleifbürste, so dass durch diese Schwingungen verursachte Geräusche unterbunden sind.To reduce such sounds, it is from the DE 103 32 302 A1 It is known to provide, in addition to a spring force producing the bias of the brush, an element, for example an inclined spring tongue, which counteracts elastic lifting of the brush from the contact element. This element prevents vibrations of the brush in its leadership and prevents the vibrations causing lifting the brush, so that caused by these vibrations noise is prevented.

Die DE 103 40 537 A1 hat eine elektrische Maschine mit einem Kommutator zum Gegenstand, insbesondere einen Gleichstrommotor für einen Fensterheber, einen Wischerantrieb oder dergleichen für ein Kraftfahrzeug, auf dessen Umfang wenigstens eine Bürste schleift. Zur Verminderung der im Betrieb auftretenden Bürstengeräusche ist die Mittelachse der Schleifbürste versetzt zur Rotationsachse des Kommutators angeordnet, und die Kontaktfläche der Schleifbürste weist zumindest im Neuzustand einen Radius auf, der größer als der Radius des Kommutators ist, so dass eine nur kleine Berührungsfläche gegeben ist und die Schleifbürste zumindest im nicht verschlissenen Zustand über den Kommutator gleitet. Dabei berührt die Frontkante der Schleifbürste, auf die der Kommutator im Betrieb der Maschine zu bewegt wird, nicht die Kommutatorfläche.The DE 103 40 537 A1 has an electrical machine with a commutator to the object, in particular a DC motor for a window, a wiper drive or the like for a motor vehicle, on the circumference at least one brush grinds. To reduce the brush noise occurring during operation, the center axis of the brush is offset from the axis of rotation of the commutator, and the contact surface of the brush has at least when new a radius that is greater than the radius of the commutator, so that only a small contact surface is given and at least when not worn, the abrasive brush slides over the commutator. The front edge of the brush, to which the commutator is moved during operation of the machine, does not touch the commutator surface.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Kommutator für eine elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 alternativ so zu gestalten, dass durch diesen im Zusammenwirken mit der vorgespannten Schleifbürste verursachte Geräusche verhindert, zumindest jedoch weitgehend reduziert werden.It It is an object of the invention to provide a commutator for an electrical machine according to the preamble of claim 1 alternatively to make so that caused by this in cooperation with the prestressed abrasive brush Prevents noise but at least largely reduced.

Diese Aufgabe wird bei einem Kommutator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.These Task is in a commutator according to the preamble of the claim 1 solved by its characterizing features. Advantageous embodiments are in the subclaims listed.

Der als Bestandteil eines als Anker ausgebildeten Läufers angeordnete Kommutator weist in bekannter Weise einen nabenartigen Lsolierstoffkörper und umfangsseitig auf diesem angeordnete und jeweils mit einer Wicklung des Ankers verbundene Kommutatorsegmente auf, die umfangsseitig eine bogenförmige Kontaktfläche für eine Schleifbürste ausbilden und in Umfangsrichtung jeweils durch einen Spalt voneinander getrennt sind. Erfindungsgemäß sind die Kontaktflächen und die Spalte nun derart ausgerichtet, dass diese mit der Frontkante der Schleifbürste, auf die die Kontaktflächen und die Spalte im Betrieb der Maschine zu bewegt werden, in der Projektion auf die Axialebene des Läufers einen spitzen Winkel einschließen. Das hat zur Folge, dass das jeweilige Kommutatorsegment, das auf die Frontkante der vorgespannten Schleifbürste zu bewegt wird, nach und nach unter dieser Frontkante hindurchgleitet und nicht schlagartig. Damit wird verhindert, dass das jeweilige Kommutatorsegment in seiner gesamten Breite an der Frontkante anstößt und ein Geräusch verursacht, das bei einer Vielzahl von Kommutatorsegmenten und Spalten zu einem Rattergeräusch wird.Of the as part of a trained as an anchor runner commutator has in a known manner a hub-like Lsolierstoffkörper and circumferentially arranged on this and each with a winding connected to the armature Kommutatorsegmente on the circumference an arcuate contact area for one Train grinding brush and separated in the circumferential direction in each case by a gap are. According to the invention contact surfaces and the column is now aligned so that it matches the front edge the abrasive brush, on the contact surfaces and the column to be moved in the operation of the machine, in the Projection on the axial plane of the rotor at an acute angle lock in. This has the consequence that the respective commutator segment, the on the front edge of the toughened abrasive brush is moved to, and slips under this front edge and not abruptly. This prevents the respective commutator segment in its entire width abuts the front edge and causes a noise, which becomes a rattle noise with a plurality of commutator segments and columns.

Der Winkel, den die Kommutatorsegmente und die Frontkante einschließen, beträgt vorzugsweise 5 bis 30° und ist von der Zahl der Kommutatorsegmente und von der Dimensionierung des Kommutators abhängig.Of the Angle, which include the Kommutatorsegmente and the front edge, is preferably 5 to 30 ° and is of the number of commutator segments and the sizing depending on the commutator.

Bevorzugt ist der Kommutator mit schräg angeordneten Kommutatorsegmenten und Spalten ausgebildet, die gegenüber einer Mantellinie des Isolierstoffkörpers in diesem Winkel angeordnet sind, da das technologisch einfacher ist. Die Kommutatorsegmente trennenden und isolierenden Spalte können dabei in eine auf den Isolierstoffkörper aufgebrachte Hülse gefräst werden. Diese Ausführung ist einfacher als die Gestaltung einer Schleifbürste mit gegenüber einer Mantellinie des Isolierstoffkörpers schräg angeordneter Frontkante, beispielsweise durch Wahl eines trapezförmigen Querschnitts der Schleifbürste und einer dazugehörigen Halterung und Führung. Die Frontkante der Schleifbürste ist bei der bevorzugten Ausführung parallel zur genannten Mantellinie und zur Drehachse des Läufers ausgerichtet.Preferably, the commutator is formed with obliquely arranged Kommutatorsegmenten and columns, which are arranged opposite to a surface line of the insulating material at this angle, since this is technologically easier. The commutator segments separating and insulating column can be milled into a sleeve applied to the insulating material. This design is simpler than the design of a brush with opposite a generatrix of the insulating material obliquely arranged front edge, for example by selecting a trapezoidal cross-section of the brush and an associated holder and guide. The front edge of the brush is aligned in the preferred embodiment parallel to said generatrix and the axis of rotation of the rotor.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The Invention will be explained below with reference to an embodiment. In the associated Drawings show:

1: einen Heckwischermotor mit einem Kommutator für ein Fahrzeug, schematisch, 1 : a rear wiper motor with a commutator for a vehicle, schematically,

2: den Kommutator in perspektivischer Darstellung, vergrößert, und 2 : the commutator in perspective, magnified, and

3 eine Draufsicht auf den Kommutator mit positionierter Schleifbürste, vergrößert. 3 a plan view of the commutator with positioned grinding brush, enlarged.

Der Heckwischermotor weist einen als Anker 1 ausgebildeten Läufer mit einem koaxial zur Läuferachse A angeordneten Kommutator 2, einer auf diesem elastisch anliegenden Schleifbürste 3 und einer Motorabtriebswelle 4, die zu einer Antriebsschnecke 5 ausgebildet ist, auf. Diese kämmt mit einem Schneckenrad 6, an dem wiederum eine Wischerwelle 7 für einen Scheibenwischer angeordnet ist. Das Schneckenrad 6 bildet mit der Antriebsschnecke 5 ein Untersetzungsgetriebe, das mit dem Heckwischermotor zu einer Antriebseinheit verbunden ist. An der Innenseite des Motorgehäuses 8 sind nicht dargestellte Permanentmagnete befestigt, zwischen denen der Anker 1 des Motors umläuft. Der Kommutator 2 sitzt auf der nach der der Antriebsschnecke 5 abgewandten Seite des Ankers 1 verlängerten Motorabtriebswelle 4. Auf dem Kommutator 2, der mehrere auf einem nabenartigen Isolierstoffkörper (9, 2) angeordnete Kommutatorsegmente 10 mit bogenförmigen Kontaktflächen (11, 2) für die Schleifbürste 3 aufweist, die ankerseitig zu Anschlusselementen 12 umgebogen sind, liegt die Schleifbürste 3 an. Über die Anschlusselemente 12 und an diesen angeschlossene Wicklungsleiterenden 13 sind die Kommutatorsegmente 10 mit der entsprechenden, nicht weiter dargestellten Ankerwicklung verbunden. Die Schleifbürste 3 ist in einem Käfig 14 gehaltert und geführt und durch eine Druckfeder 15 in Richtung auf den Kommutator 2 zu beaufschlagt.The rear wiper motor has one as anchor 1 trained runner with a coaxial with the rotor axis A arranged commutator 2 , one on this elastically fitting brush 3 and an engine output shaft 4 leading to a drive screw 5 is trained on. This meshes with a worm wheel 6 , which in turn has a wiper shaft 7 is arranged for a windshield wiper. The worm wheel 6 forms with the drive screw 5 a reduction gear which is connected to the rear wiper motor to a drive unit. On the inside of the motor housing 8th are fixed permanent magnets, not shown, between which the anchor 1 the engine rotates. The commutator 2 sits on the after the drive screw 5 opposite side of the anchor 1 extended engine output shaft 4 , On the commutator 2 , the several on a hub-like Isolierstoffkörper ( 9 . 2 ) arranged Kommutatorsegmente 10 with arcuate contact surfaces ( 11 . 2 ) for the abrasive brush 3 has, the anchor side to connecting elements 12 bent over, lies the brush 3 at. About the connection elements 12 and at these connected winding conductor ends 13 are the commutator segments 10 connected to the corresponding armature winding, not shown. The abrasive brush 3 is in a cage 14 held and guided and by a compression spring 15 towards the commutator 2 to be charged.

2 zeigt deutlicher als 1 die Kommutatorsegmente 10 mit den koaxialen bogenförmigen Kontaktflächen 11 für die Schleifbürste 3 und die in Umfangsrichtung die diese trennenden und voneinander isolierenden Spalte 16, wobei diese schräg angeordnet sind. Dabei schließen diese (10, 16) mit einer Mantellinie M des Isolierstoffkörpers 9 einen Winkel von 20° ein. 2 shows more clearly than 1 the commutator segments 10 with the coaxial arcuate contact surfaces 11 for the abrasive brush 3 and in the circumferential direction, the separating and mutually insulating column 16 , which are arranged obliquely. These close ( 10 . 16 ) with a surface line M of the insulating material 9 an angle of 20 °.

Die Schleifbürste 3 ist im Querschnitt rechteckig ausgebildet, was in 3 dargestellt ist. Die Frontkante 17 der Schleifbürste 3, auf die die Kommutatorsegmente 10 zu bewegt werden, ist parallel zu einer Mantellinie M und damit auch parallel zur Läuferachse A ausgerichtet, was be deutet, dass diese (17) mit den Kommutatorsegmenten 10 bzw. den Spalten 16 in der Projektion auf die Axialebene des Läufers (Achse A) einen Winkel von 20° einschließen.The abrasive brush 3 is rectangular in cross-section, which is in 3 is shown. The front edge 17 the abrasive brush 3 to which the commutator segments 10 to be moved, is parallel to a surface line M and thus aligned parallel to the rotor axis A, which means that this ( 17 ) with the commutator segments 10 or the columns 16 in the projection on the axial plane of the rotor (axis A) enclose an angle of 20 °.

11
Ankeranchor
22
Kommutatorcommutator
33
Schleifbürstebrush
44
MotorabtriebswelleEngine output shaft
55
Antriebsschneckedrive worm
66
Schneckenradworm
77
Wischerwellewiper shaft
88th
Motorgehäusemotor housing
99
Isolierstoffkörperinsulating
1010
Kommutatorsegmentcommutator segment
1111
Kontaktflächecontact area
1212
Anschlusselementconnecting element
1313
WicklungsleiterendeWinding conductor end
1414
KäfigCage
1515
Druckfedercompression spring
1616
Spaltgap
1717
Frontkantefront edge
AA
Achseaxis
MM
Mantelliniegenerating line

Claims (4)

Kommutator für eine elektrische Maschine, der Teil eines als Anker ausgebildeten Läufers der Maschine ist und einen nabenartigen Isolierstoffkörper und umfangsseitig auf diesem angeordnete und jeweils mit einer Wicklung des Ankers verbundene Kommutatorsegmente aufweist, die umfangsseitig eine bogenförmige Kontaktfläche für eine Schleifbürste ausbilden und in Umfangsrichtung jeweils durch einen Spalt voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommutatorsegmente (10), die Kontaktflächen (11) und die Spalte (16) derart ausgerichtet sind, dass diese mit der Frontkante (17) der Schleifbürste (3), auf die diese (10, 11, 16) im Betrieb der Maschine zu bewegt werden, in der Projektion auf die Axialebene des Läufers (1) einen spitzen Winkel einschließen.Commutator for an electric machine which is part of a designed as an armature rotor of the machine and a hub-like insulating material and circumferentially arranged on this and connected to a winding of the armature Kommutatorsegmente, the circumferentially form an arcuate contact surface for a brush and in the circumferential direction respectively are separated by a gap, characterized in that the commutator segments ( 10 ), the contact surfaces ( 11 ) and the column ( 16 ) are aligned in such a way that they are aligned with the front edge ( 17 ) of the abrasive brush ( 3 ) to which these ( 10 . 11 . 16 ) are moved during operation of the machine, in the projection on the axial plane of the rotor ( 1 ) enclose an acute angle. Kommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel, den die Kommutatorsegmente (10), die Kontaktflächen (11) und die Spalte (16) mit der Frontkante (17) einschließen, 5 bis 30° beträgt.Commutator according to Claim 1, characterized in that the angle which the commutator segments ( 10 ), the contact surfaces ( 11 ) and the column ( 16 ) with the front edge ( 17 ), is 5 to 30 °. Kommutator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommutatorsegmente (10), die Kontaktflächen (11) und die Spalte (16) gegenüber einer Mantellinie (M) des Isolierstoffkörpers (9) geneigt sind, und das die Frontkante (17) parallel zu einer Mantellinie (M) und zur Drehachse (A) des Läufers (1) ausgerichtet ist.Commutator according to Claim 1 or 2, characterized in that the commutator segments ( 10 ), the contact surfaces ( 11 ) and the column ( 16 ) with respect to a surface line (M) of the insulating material ( 9 ) are inclined, and that the front edge ( 17 ) parallel to a surface line (M) and to the axis of rotation (A) of the rotor ( 1 ) is aligned. Kommutator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommutatorsegmente (10) ankerseitig jeweils ein Anschlusselement (12) für ein Leiterende (13) einer Ankerwicklung aufweisen.Commutator according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the commutator segments ( 10 ) on the armature side in each case a connection element ( 12 ) for a leader ( 13 ) have an armature winding.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2016189008A1 (en) * 2015-05-27 2016-12-01 Schunk Hoffmann Carbon Technology Ag Commutator for a brush-commutated electric motor having an extended commutation interval
CN108365488A (en) * 2018-01-24 2018-08-03 杨紫妍 Engine commutator

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