DE102006061628A1

DE102006061628A1 - Electrical machine e.g. direct current motor, for wiper drive of windscreen wiper, has grooves extending in longitudinal direction of machine and pole shoe with diagonal course, where grooves are arranged parallel to longitudinal direction

Info

Publication number: DE102006061628A1
Application number: DE200610061628
Authority: DE
Inventors: Stephan Pauli; Paul Geubel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2008-07-03
Also published as: EP2127057A1; WO2008080650A1

Abstract

The machine (2) has a support for four poles having pole shoes (16), extending in a longitudinal direction (13) of the machine, and an armature (5) provided with grooves for retaining armature windings, where the grooves extend in the longitudinal direction. The pole shoe has a diagonal course, where the grooves are arranged parallel to the longitudinal direction. The pole shoes are formed as cylindrical segments with diagonal pole shoe edges (17), where the poles have permanent magnets (15).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor eines Wischerantriebs eines Fahrzeugs, mit einem Ständer, der Pole mit sich in Längsrichtung der Maschine erstreckenden Polschuhen aufweist, mit einem Anker mit sich in Längsrichtung erstreckenden Nuten zur Aufnahme einer Ankerwicklung und mit einer gegeneinander verkippten Anordnung der Nuten und der Polschuhe.The The invention relates to an electrical machine, in particular a Electric motor of a wiper drive of a vehicle, with a stand, the Pole with it in the longitudinal direction the machine extending pole pieces, with an anchor with in the longitudinal direction extending grooves for receiving an armature winding and with a mutually tilted arrangement of the grooves and the pole pieces.

Stand der TechnikState of the art

Eine derartige elektrische Maschine ist bekannt. Sie kann zum Beispiel als Elektromotor ausgebildet sein. Ein Elektromotor mit breitem Anwendungsgebiet ist dabei ein Gleichstrommotor, der aus einem um eine Drehachse rotierenden Anker (Läufer) aus einem weichmagnetischem Material besteht. Der Anker ist dabei zumeist als Lamellenpaket ausgebildet und weist umfänglich verteilte, sich in Längsrichtung der Maschine erstreckende Nuten auf, in die eine aus einzelnen Teilspulen bestehende Ankerwicklung eingelegt ist. Zwischen den Nuten sind Zähne ausgebildet. Anfang und Ende einer jeden Teilspule sind mit den Kollektorlamellen eines Kollektors verbunden. Die Ankerwicklung wird über Kohlebürsten bestromt, die durch Bürstenhalter auf die Kollektorlamellen gedrückt werden. Der Anker wird umfänglich von einem Ständer umgeben, der ein feststehender Teil des Elektromotors zur Erzeugung eines Erregerfeldes ist. Je nach Ausbildung des Ständers weist dieser eine unterschiedliche Anzahl von Polen auf, wobei auf der dem Anker zugewandten Innenseite des Ständers am Ende der Pole Polschuhe angeordnet sind.A Such electrical machine is known. She can, for example be designed as an electric motor. An electric motor with a wide Application is a DC motor, which consists of a a rotary axis rotating armature (rotor) made of a soft magnetic Material exists. The anchor is usually as a disc pack formed and has perimeter distributed, in the longitudinal direction the machine extending grooves, in the one of individual sub-coils existing armature winding is inserted. Between the grooves are Teeth formed. The beginning and end of each partial coil are with the collector blades connected to a collector. The armature winding is energized via carbon brushes, the through brush holder pressed on the collector blades become. The anchor is circumferenced by a stand surrounded, which is a fixed part of the electric motor for generating is a pathogen field. Depending on the design of the stand has this a different number of poles, taking on the anchor facing inside of the stand Pole shoes are arranged at the end of the pole.

Eine derartige elektrische Maschine erzeugt im Betrieb durch elektromagnetische Kräfte ein Magnetgeräusch beim Abriss des zwischen den Polschuhen und den Zähnen aufgebauten Magnetfeldes an Polschuhkanten der Polschuhe. Dieses Magnetgeräusch wird durch eine sogenannte Schrägnutung des Ankers reduziert. Dazu sind die Nuten nicht parallel zur Mittelachse der Welle angeordnet, sondern schräg. Somit ergibt sich eine gegeneinander verkippte Anordnung von Nuten und Polschuhen. Ist der Anker als Lamellenpaket ausgebildet, so wird dieses Lamellenpaket in sich verdreht montiert. Dadurch entsteht eine Schrägstellung der Nuten, die einen schraubenförmig gewundenen Verlauf im vorwiegend zylinderförmigen Anker aufweist. Die sich in Längsrichtung der Maschine erstreckenden Polschuhe weisen in diese Richtung eine Kontur mit parallel zur Längsrichtung ausgerichteten – also gerade verlaufenden – Polschuhkanten auf, sodass ein Abriss eines Magnetfeldes an den Polschuhkanten über einen dem Drehwinkel des Ankers entsprechenden Zeitraum verteilt ist. Somit wird durch diese helikale Anordnung von Nuten und Polschuhen das Magnetgeräusch deutlich verringert.A Such electrical machine generates in operation by electromagnetic personnel a magnetic sound at the demolition of the built between the pole shoes and the teeth Magnetic field at Polschuhkanten the pole pieces. This magnetic noise will by a so-called Schrägnutung the Anchor reduced. For this purpose, the grooves are not parallel to the central axis arranged the shaft but obliquely. Thus, one against each other tilted arrangement of grooves and pole shoes. Is the anchor as Disk pack formed so this disc pack is in itself twisted mounted. This creates an inclination of the grooves, which is a helically wound Course in the predominantly cylindrical Anchor has. In the longitudinal direction the machine extending pole pieces have in this direction Contour parallel to the longitudinal direction aligned - so straight running - Polschuhkanten so that a demolition of a magnetic field at the Polschuhkanten over a the period of rotation of the armature corresponding period is distributed. Thus, this helical arrangement of grooves and pole pieces the magnetic noise significantly reduced.

Die Fertigung eines Ankers mit Schrägnutung ist jedoch wesentlich aufwendiger als die Herstellung eines gerade genuteten Ankers, da das Lamellenpaket in sich verdreht aufgebaut werden muss, wobei die Isolierung der Lamellen untereinander aufwendiger ist und sich bei einer Schrägnutung eine kompliziertere Wickeltechnik ergibt.The Production of an anchor with oblique groove However, it is much more expensive than the production of a straight grooved anchor, since the disk set built twisted in itself must be, with the insulation of the slats with each other more complex is and at a Schrägnutung a results in more complicated winding technique.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Maschine mit reduziertem Magnetgeräusch bereitzustellen, die eine einfache Ankerfertigung ermöglicht. Dazu ist vorgesehen, dass die Polschuhe einen schrägen Verlauf aufweisen. Unter einem schrägen Verlauf einer Struktur der elektrischen Maschine – hier der Polschuhe – ist im Zusammenhang mit dieser Anmeldung ein um die Drehachse eines Ankers (Läufers) der elektrischen Maschine schraubenbenförmig (helikal) gewundener Verlauf der entsprechenden Struktur zu verstehen. Der Anker ist um eine Drehachse drehbar gelagert und weist umfänglich verteilte, sich in Längsrichtung der Maschine erstreckende Nuten auf, in die eine Ankerwicklung eingelegt ist. Zwischen den Nuten sind Zähne ausgebildet. Der Anker wird umfänglich von einem Ständer umgeben, der ein feststehender Teil der elektrischen Maschine zur Erzeugung eines Erregerfeldes ist. Das Erregerfeld wirkt im Betrieb auf den Anker. Je nach Ausbildung des Ständers weist dieser eine unterschiedliche Anzahl von Polen auf. Auf der dem Anker zugewandten Innenseite des Ständers enden die Pole mit Polschuhen, die einen schrägen Verlauf aufweisen. Das Maß für die Schrägstellung der Polschuhe beziehungsweise ihrer Kontur bezogen auf die Ständerbreite ist ein als Bogen auf dem Teilkreis gemessener Sprung, der insbesondere wesentlich kleiner ist als der Innenumfang des Ständers. Durch den schrägen Verlauf der Polschuhe kann ein über einen Drehwinkel verteilter Abriss des Magnetfeldes zwischen den Polschuhen des Ständers und den Zähnen des Ankers für jede Ausrichtung des Verlaufs der Nuten erreicht werden, bei dem Nuten und der Polschuhe eine gegeneinander verkippten Anordnung aufweisen.task The invention is an electric machine with reduced magnetic sound to provide a simple anchor production. For this purpose, it is provided that the pole pieces have an oblique course exhibit. Under a weird Course of a structure of the electric machine - here the Pole shoes - is in the context of this application a about the axis of rotation of an anchor (Rotor) the electric machine spiral (helical) spiral course to understand the corresponding structure. The anchor is around one Rotary shaft rotatably mounted and has circumferentially distributed, in the longitudinal direction the machine extending grooves, in which an armature winding inserted is. There are teeth between the grooves educated. The anchor becomes circumferential surrounded by a stand, which is a fixed part of the electric machine to produce is a pathogen field. The exciter field acts in operation on the Anchor. Depending on the design of the stand this has a different number of poles. On the the armature facing inside of the stand ends the poles with pole shoes, the one weird Have history. The measure for the inclination the pole shoes or their contour relative to the stator width is a jump measured as a bow on the pitch circle, in particular is much smaller than the inner circumference of the stand. By the oblique Course of the pole shoes can be over a rotation angle distributed demolition of the magnetic field between the Pole shoes of the stand and the teeth the anchor for Any orientation of the course of the grooves can be achieved, in which Grooves and the pole pieces have a mutually tilted arrangement.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Nuten parallel zur Längsrichtung der Maschine angeordnet sind. Wird auf eine Ankerschrägung vollständig verzichtet, ergeben sich folgende Vorteile: Durch die einfache Ankerausführung ergibt sich eine Kostenreduzierung und Einsparungen von Prozessschritten zur Herstellung, sowie die Möglichkeit, elektrischen Maschinen mit reduziertem Magnetgeräusch auch auf Anlagen zu fertigen, die nicht für die Fertigung von gerade genutete Anker vorgesehen sind.Especially it is provided that the grooves are arranged parallel to the longitudinal direction of the machine are. Is on an anchor slope Completely omitted, there are the following advantages: The simple anchor design results a cost reduction and savings of process steps for the production, as well as the possibility manufacture electric machines with reduced magnetic noise even on equipment not for the production of straight grooved anchor are provided.

Weiterhin ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Maschine als Gleichstrommotor ausgebildet ist. Gleichstrommotoren haben einen großen Einsatzbereich. Bei Fahrzeugen werden Gleichstrommotoren zum Beispiel als Elektromotor eines Wischerantriebs eines Scheibenwischers verwendet.Farther is provided with advantage that the machine as a DC motor is trained. DC motors have a wide range of applications. In vehicles, DC motors, for example, as an electric motor used a wiper drive a windshield wiper.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ständer die Pole aufweisende Permanentmagnete besitzt. Alternativ zur Ausführung der elektrischen Maschine mit einer eine Erregerwicklung und einem Eisenkern aufweisenden elektrischen Maschine können die Pole des Ständers auch von Permanentmagneten gebildet werden. Diese Permanentmagnete sind insbesondere durch Sintern hergestellte Seltene-Erden-Permanentmagnete mit innen und außen liegenden Polen. Bei elektrischen Maschinen mit Permanentmagneten ergeben sich Rastmomente und entsprechende Stellungen des Ankers, die dieser auch ohne Bestromung der Ankerwicklung bevorzugt einnimmt. Auch diese Rastmomente werden durch den schrägen Verlauf der Polschuhe reduziert.To a development of the invention, it is provided that the stand the Pole having permanent magnets has. Alternatively to the execution of electric machine with one of a field winding and an iron core Having electrical machine, the poles of the stator can also are formed by permanent magnets. These permanent magnets are in particular produced by sintering rare earth permanent magnets with inside and outside lying Poland. For electric machines with permanent magnets arise cogging moments and corresponding positions of the anchor, this preferably occupies this without energization of the armature winding. These cogging moments are reduced by the oblique course of the pole pieces.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Polschuhe als Zylindersegmente mit geschrägten Polschuhkanten ausgebildet sind. Werden die Pole zum Beispiel von Permanentmagneten gebildet, so werden diese als Holzylindersegmente – beispielsweise in Form einer Halbschale – hergestellt. In einer solchen Ausführungsform wird der jeweilige Polschuh zum Beispiel direkt von der innenliegenden Seite des Permanentmagnets in Form eines Zylinderflächensegments gebildet.To a development of the invention is provided that the pole pieces as cylinder segments with beveled Polschuhkanten are formed. Are the poles, for example, of Permanent magnets formed so they are as Holzylindersegmente - for example in the form of a half shell - made. In such an embodiment is the respective pole piece, for example, directly from the inside Side of the permanent magnet in the form of a cylindrical surface segment educated.

Insbesondere ist vorgesehen, dass der Ständer zwei oder vier Pole aufweist. Eine solchen Anzahl von Polen ist für kleinere elektrische Maschinen vorteilhaft.Especially is provided that the stand has two or four poles. Such a number of poles is for smaller ones electrical machines advantageous.

Mit Vorteil ist vorgesehen, dass der Anker als aus Lamellen aufgebautes Lamellenpaket ausgebildet ist. Durch die Ausbildung des Ankers als Lamellenpaket werden die Feldlinien des Ankers in den Ebenen der entsprechenden Lamellen gebunden. Die Lamellen sind insbesondere als Bleche ausgebildet, die als Blechpaket gestapelt sind.With Advantage is provided that the anchor constructed as lamellas Disc pack is formed. By training the anchor as Disc packs are the field lines of the anchor in the planes of the bonded to corresponding slats. The slats are in particular designed as sheets that are stacked as a laminated core.

Schließlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Lamellenpaket Isolierungen, insbesondere Papierisolierungen, zwischen den Lamellen aufweist. Bei einem als Lamellenpaket aufgebauten Anker sind die Lamellen des Lamellenpakets gegeneinander elektrisch isoliert, was zur Reduzierung von auftretenden Wirbelströmen im Betrieb der elektrischen Maschine führt. In einer einfachen Ausgestaltung zur elektrischen Isolierung sind zwischen den einzelnen Lamellen des Lamellenpakets Papierisolierungen angebracht.Finally is provided with advantage that the disc pack insulation, in particular Paper insulation, between the slats has. At one as Lamella pack constructed anchors are the lamellae of the plate pack electrically insulated against each other, resulting in the reduction of occurring eddy currents during operation of the electric machine leads. In a simple embodiment for electrical insulation are between the individual slats of the laminated core paper insulation attached.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The The invention will be apparent from the accompanying drawings explained in more detail. It demonstrate:

1 eine als Gleichstrommotor ausgebildete elektrische Maschine in einer Draufsicht und 1 a trained as a DC motor electric machine in a plan view and

2 die Schrägstellung der Polschuhe des Gleichstrommotors der Figur 1. 2 the inclination of the pole pieces of the DC motor of Figure 1.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) the invention

Die 1 zeigt eine Draufsicht auf eine als Elektromotor 1 ausgebildete elektrische Maschine 2 in einer Prinzipdarstellung. Der Elektromotor 1 ist Teil eines nicht vollständig dargestellten Wischerantriebs, der zum Beispiel einen Wischarm zum Wischen einer Scheibenfläche einer Heckscheibe eines Fahrzeugs antreibt. Der Elektromotor 1 ist als Gleichstrommotor 3 ausgebildet und weist einen auf einer Welle 4 angeordneten Anker 5 auf. Der Anker 5 hat im Wesentlichen die Form eines Kreiszylinders und ist als ein aus gestapelten Lamellen 6 zusammengesetztes Lamellenpaket 7 ausgebildet. Die Lamellen sind dabei Bleche 8 aus weichmagnetischem Material. Über die Mantelfläche des Ankers 5 verteilt weist der Anker 5 mehrere Nuten 9 zur Aufnahme einer nicht gezeigten Ankerwicklung auf. Der zwischen den Nuten 9 angeordnete Teil des Ankers 5 bildet Zähne 10 mit außen liegenden Zahnköpfen 11. Die Stapelrichtung der als Bleche 8 ausgebildeten Lamellen 6 und die Ausrichtung der Nuten 9 sind parallel zur Mittelachse 12 der Welle. Die Mittelachse 12 der Welle entspricht der Längsachse 13 der elektrischen Maschine 2. Der Anker 5 wird umfänglich von einem Ständer 14 umgeben, der zwei Permanentmagnete 15 mit innenliegenden Polen des Ständers 14 aufweist. Die Permanentmagnete 15 sind dabei als schräge Hohlzylindersegmente ausgebildet, wobei die Innenfläche der Permanentmagnete 15 als Polschuhe 16 mit schrägen Verlauf ausgebildet sind. In Längsrichtung der elektrischen Maschine 2 erstrecken sich die schräg verlaufenden Polschuhkanten 17 der Polschuhe 16.The 1 shows a plan view of an electric motor 1 trained electric machine 2 in a schematic diagram. The electric motor 1 is part of a wiper drive, not shown in full, for example, driving a wiper arm for wiping a disc surface of a rear window of a vehicle. The electric motor 1 is as a DC motor 3 trained and has one on a shaft 4 arranged anchor 5 on. The anchor 5 has essentially the shape of a circular cylinder and is as a stack of fins 6 assembled disc pack 7 educated. The slats are sheets 8th made of soft magnetic material. Over the lateral surface of the anchor 5 the anchor points away 5 several grooves 9 for receiving an armature winding, not shown. The between the grooves 9 arranged part of the anchor 5 forms teeth 10 with external tooth heads 11 , The stacking direction of the as sheets 8th trained slats 6 and the orientation of the grooves 9 are parallel to the central axis 12 the wave. The central axis 12 the shaft corresponds to the longitudinal axis 13 the electric machine 2 , The anchor 5 becomes perimeter of a stand 14 surrounded by two permanent magnets 15 with internal poles of the stator 14 having. The permanent magnets 15 are designed as oblique hollow cylinder segments, wherein the inner surface of the permanent magnets 15 as pole shoes 16 are formed with an oblique course. In the longitudinal direction of the electric machine 2 extend the oblique Polschuhkanten 17 the pole shoes 16 ,

Die 2 zeigt die Schrägstellung der Polschuhe 17 und der Polschuhkanten 18 der elektrische Maschine der 1. Das Maß für die Schrägstellung der Polschuhe 16 beziehungsweise der Polschuhkanten 17 bezogen auf die Länge L des Ständers 12 beziehungsweise der Permanentmagnete 13 ist ein als Bogen auf dem Teilkreis gemessener Sprung S.The 2 shows the inclination of the pole pieces 17 and the pole shoe edges 18 the electric machine of 1 , The measure of the inclination of the pole shoes 16 or the Polschuhkanten 17 based on the length L of the stand 12 or the permanent magnets 13 is a jump S measured as a bow on the pitch circle.

Es ergibt sich folgende Funktion der Polschuhen 16 mit schrägem Verlauf: Dreht sich der Anker 5 um die Mittelachse 12 der Welle 4, so bewegen sich die Zähne 10 des Ankers 4 unter den Polschuhen 16 der Permanentmagnete 15 hindurch und es kommt anschließend zu einem Abriss eines Magnetfeldes zwischen dem Zahn 10 und dem Permanentmagneten 15 an der Polschuhkante 17, was zu einem Magnetgeräusch führt. Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1 ist dieser Magnetfeldabriss über einen dem Sprung S entsprechenden Drehwinkel β des Ankers 5 verteilt. Der Magnetfeldabriss ist somit nicht abrupt, sondern erstreckt sich über einen dem Drehwinkel β entsprechenden Zeitraum, sodass das Magnetgeräusch deutlich reduziert wird. Weiterhin wird auch das Rastmoment verringert.This results in the following function of the pole shoes 16 at an angle: the anchor turns 5 around the central axis 12 the wave 4 That's how the teeth move 10 of the anchor 4 under the pole shoes 16 the permanent magnets 15 and then it comes to a demolition of a magnet field between the tooth 10 and the permanent magnet 15 at the pole shoe edge 17 , which leads to a magnetic noise. In the electric machine according to the invention 1 is this magnetic field break over a jump S corresponding rotation angle β of the armature 5 distributed. The magnetic field break is thus not abrupt, but extends over a period corresponding to the rotation angle β, so that the magnetic noise is significantly reduced. Furthermore, the cogging torque is reduced.

Ein entsprechender Effekt ist bei geraden Polschuhen – das heißt bei parallel zur Längsrichtung der elektrischen Maschine 2 verlaufenden Polschuhkante – durch eine Schrägnutung des Ankers 5 erreichbar. Eine derartige Schrägnutung wird durch einen in sich verdrehten Aufbau der Bleche 6 des Lamellenpakets 7 erreicht, wodurch die Isolierung der Bleche 6 mittels zwischen den Lamellen 6 angeordneten Isolierungen 19, zum Beispiel Papierisolierungen 18, deutlich aufwendiger ist. Weiterhin ist die benötigte Wickeltechnik bei schräg genutetem Anker deutlich aufwendiger als bei dem geraden Anker 5 der in den 1 und 2 gezeigten erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 2. Der dort gezeigte gerade Anker 5 mit parallel zur Längsrichtung 13 der elektrischen Maschine 2 angeordneten Nuten 9 kann durch einen Herstellungsprozess mit deutlich weniger Prozessschritten kostengünstiger produziert werden. Weiterhin kann die erfindungsgemäße elektrische Maschine auch auf älteren, nur für gerade Anker 5 vorgesehenen Herstellungsanlagen gefertigt werden.A corresponding effect is with straight pole shoes - that is parallel to the longitudinal direction of the electric machine 2 extending Polschuhkante - by a slanted groove of the anchor 5 reachable. Such Schrägnutung is characterized by a twisted structure of the sheets 6 of the disk pack 7 achieved, reducing the insulation of the sheets 6 by means of between the slats 6 arranged insulation 19 , for example paper insulation 18 , is considerably more expensive. Furthermore, the required winding technique with obliquely grooved anchor is much more expensive than the straight anchor 5 in the 1 and 2 shown electric machine according to the invention 2 , The straight anchor shown there 5 with parallel to the longitudinal direction 13 the electric machine 2 arranged grooves 9 can be produced more cost-effectively through a manufacturing process with significantly fewer process steps. Furthermore, the electric machine according to the invention also on older, only for straight anchor 5 intended manufacturing plants are manufactured.

Claims

An electric machine, in particular an electric motor of a wiper drive of a vehicle, having a stator of the poles with pole shoes extending in the longitudinal direction of the machine, with an armature having longitudinally extending grooves for receiving an armature winding and with a mutually tilted arrangement of the grooves and the pole shoes, characterized in that the pole shoes ( 16 ) have an oblique course.

Machine according to claim 1, characterized in that the grooves parallel to the longitudinal direction ( 13 ) the machine ( 2 ) are arranged.

Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the machine ( 2 ) as a DC motor ( 3 ) is trained.

Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the stand ( 4 ) the poles having permanent magnets ( 15 ) owns.

Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the pole shoes ( 16 ) as cylinder segments with beveled Polschuhkanten ( 17 ) are formed.

Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the stand ( 4 ) has two or four poles.

Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the armature ( 5 ) as slats ( 6 ) formed lamella pacts ( 7 ) is trained.

Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the disk pack ( 7 ) Isolations ( 19 ), in particular paper insulation ( 18 ), between the slats ( 6 ) having.