-
Die
Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Motorgehäuse aus
einem metallisch leitfähigen Material,
welches den Rotor, den Stator und den Kommutator umschließt und welches
zumindest einseitig eine Öffnung
aufweist. Solche Elektromotoren werden als Kleinmotoren nach dem
Stand der Technik für
eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, beispielsweise als Stellmotoren,
als Scheibenwischermotor oder für
den Antrieb von Pumpen.
-
Die
nach dem Stand der Technik verwendeten Kleinmotoren weisen als Gleichstrom-
oder Universalmotoren einen mechanischen Kommutator auf, bei welchem
die Ankerwicklungen des Rotors über eine
Mehrzahl von Elektroden abwechselnd mit der Stromversorgung verbunden
werden. Die Elektroden sind dabei auf der Umfangsfläche eines
Zylinders angeordnet. Dieser Zylinder ist mit der Motorachse drehfest
verbunden. Durch Rotation der Motorwelle werden die Ankerwicklungen
jeweils phasenrichtig über
einen Schleifkontakt, beispielsweise aus Kohlenstoff, mit der Spannungsquelle
verbunden.
-
Bei
dieser elektromechanischen Kommutierung entstehen durch die ständige Unterbrechung des
Stromflusses beim Weiterdrehen des Kontaktelementes elektromagnetische
Wellen, welche vom Elektromotor in die Umgebung abgestrahlt werden. Diese
Störstrahlung
kann zur Beeinflussung anderer elektrischer und elektronischer Systeme
in der Umgebung des Elektromotors führen.
-
Nach
dem Stand der Technik ist bekannt, sowohl den Motor als auch ein
daran angeflanschtes Getriebe mit einem Metallgehäu se zu versehen.
Dieses wirkt als Faraday'scher
Käfig und
sorgt für
eine vollständige
Abschirmung der vom Kommutator ausgesandten Störstrahlung. Nachteilig daran
ist jedoch, dass Metallgehäuse
ein erhöhtes
Gewicht und einen erhöhten
Fertigungsaufwand aufweisen und dadurch für Massenartikel nur eingeschränkt brauchbar
sind.
-
Zur
Vermeidung dieser Nachteile werden vermehrt Getriebegehäuse aus
Kunststoff eingesetzt. Diese lassen sich beispielsweise im Spritzgussverfahren
herstellen. Für
höhere
Anforderungen an die Festigkeit kann ein Kunststoffgehäuse aus
faserverstärktem
Kunststoffen hergestellt werden. Der Motor wird auch bei Kunststoffgetriebegehäusen oftmals
in einem becherförmigen
Metallgehäuse
aufgenommen. Dieses weist an der dem Getriebegehäuse zugewandten Seite eine Öffnung auf,
durch welche die Motorwelle austritt und mit dem im Getriebegehäuse befindlichen
Getriebe im Eingriff steht. Diese Bauform hat jedoch zur Folge,
dass elektromagnetische Störstrahlung
vom Kommutator durch das Kunststoffgehäuse ungehindert austreten kann.
Der Schutz anderer Baugruppen vor dieser Störstrahlung ist nicht mehr gewährleistet.
-
Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
einen Elektromotor anzugeben, welcher mit Metall- oder Kunststoffgetriebegehäusen kombinierbar
ist und unabhängig
vom verwendeten Getriebegehäuse
den Schutz weiterer elektrischer Komponenten vor elektromagnetischer
Störstrahlung
gewährleistet.
-
Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen Elektromotor mit einem Motorgehäuse aus einem metallisch leitfähigem Material,
welches den Rotor, den Stator und den Kommutator umschließt und welches
zumindest einseitig eine Öffnung
aufweist, wobei zumindest eine Abschirmung aus einem metallisch
leitfähigem
Material vorgesehen ist, welche im Bereich der Öffnung angeordnet ist.
-
Beim
Elektromotor gemäß der vorliegenden Erfindung
handelt es sich um einen Kleinelektromotor mit einer Leistung zwischen
etwa 1 Watt und etwa 240 Watt. Dieser ist üblicherweise als Gleichstrom- oder
Universalmotor mit einem elektromechanischen Kommutator ausgestattet.
Der Elektromotor gemäß der vorliegenden
Erfindung weist ein Motorgehäuse auf,
welches im Allgemeinen becherförmig
ausgebildet ist.
-
Das
Gehäuse
hat eine im Wesentlichen zylindrische Außenform, wobei ein Bodenelement
zum Verschluss des Gehäuses
einstückig
mit der Mantelfläche
verbunden ist. Solche Gehäuse
können
beispielsweise aus einem Metall oder einer Legierung gefertigt werden.
Beispielsweise ist die Fertigung in einem Tiefziehprozess möglich. Alternativ
kann das zylinderförmige
Gehäuse
auch aus einem Rohrabschnitt gebildet werden. Auf diesem kann ein
Bodenblech beispielsweise durch Schweißen befestig werden. In einer
alternativen Ausführungsform
kann das Gehäuse
auch aus einem elektrisch leitfähigem Kunststoff
bestehen oder aus einem Isolator, welcher mit einer leitfähigen Beschichtung
versehen wird.
-
Die
zylindrische Außenform
des Gehäuses ist
nicht auf Kreiszylinder beschränkt.
Der Querschnitt kann nahezu jede beliebige Form annehmen, z. B.
auch rechteckig oder eine unvollständige Kreisform. Auch kann
sich das Gehäuse
zu den Enden hin verjüngen
oder erweitern. Die Erfindung lehrt nicht das Einhalten einer exakten
Zylinderform als Lösungsprinzip.
-
Das
Bodenblech ist in der Regel zur Aufnahme eines Wellenlagers ausgebildet.
Dieses kann entweder als Wälzlager
ausgebildet werden oder als Gleitlager.
-
Das
Motorgehäuse
enthält
erfindungsgemäß den Rotor,
den diesen umgebenden Stator und den Kommutator. Die dem Bodenblech
entgegen gesetzte Öffnung
kann in besonders einfacher Weise mit einem Lagerschild aus Kunststoff
verschlossen werden. Dieses erlaubt das Einpressen einer zweiten Wellenlagerung für den Rotor
und die Durchführung der
elektrischen Kontakte zum Kommutator.
-
Sofern
vorgesehen ist, den Motor mit einem Getriebegehäuse zu verbinden, kann das
Gegenlager der Motorwelle und des Rotors auch im Getriebegehäuse angeordnet
werden. Ein Lagerschild kann dann fallweise entfallen.
-
Um
den Austritt elektromagnetischer Störstrahlung aus dem Motorgehäuse zu verhindern
wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
im Bereich der Öffnung
des Gehäuses
eine Abschirmung anzubringen, z. B. aus einem plattenförmigen Element.
Die Abschirmung kann dabei das Motorgehäuse außen umgreifen und dadurch einen
spaltfreien Abschluss zum Gehäuse
sicherstellen. In einer weiteren Ausgestaltung kann die Abschirmung
auch im Inneren des rohrförmigen
Motorgehäuses
angeordnet werden, z. B. durch Klemmung mit federnden Elementen.
In einer wiederum anders gestalteten Ausführungsform kann die Abschirmung
mit den Befestigungselementen des Motorgehäuses am Getriebegehäuse oder am
Lagerschild fixiert werden. Als Befestigungselement kommen insbesondere
Schrauben und Klemmelemente in Betracht. In jeder dieser Ausgestaltungen
ist die Abschirmung zwischen der Öffnung des Motorgehäuses und
dem daran anschließenden Bauteil
angeordnet. Durch fakultativ vorhandene leitfähige Dichtungen oder Federelemente
wird ein spaltfreier Übergang
zwischen der Abschirmung und dem Motorgehäuse sichergestellt. Somit kann
die am Kommutator erzeugte Störstrahlung
nicht aus dem Gehäuse
austreten.
-
Auch
die erfindungsgemäße Abschirmung umfasst
ein metallisch leitfähiges
Material. Entweder wird die Abschirmung aus einem Metall oder einer Legierung
gefertigt, sie besteht aus einem leitfähigen Glas oder Kunststoff
oder sie ist mit einer leitfähigen Beschichtung
versehen.
-
Spalte
zwischen der Abschirmung und dem Motorgehäuse oder Durchbrüche in einem
der Bauteile beeinflussen die Abschir mung nicht, solange die geometrischen
Abmessungen der Öffnungen
geringer sind als die Wellenlänge
der im Kommutator erzeugten elektromagnetischen Störstrahlung.
Die Wirkung der Abschirmung ergibt sich aus Dicke und Leitfähigkeit
des Motorgehäuses
und der Abschirmung und beträgt
bevorzugt mehr als 20 db, insbesondere mehr als 30 db.
-
Aufgrund
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Abschirmung zwischen Motorgehäuse
und Getriebe bzw. Lagerschild kann der Elektromotor gemäß der vorliegenden
Erfindung universell mit jedem beliebigen Getriebegehäuse verbunden
werden, auch solchen aus einfachen, nicht leitfähigen oder beschichteten Kunststoffen.
Die elektromagnetische Störstrahlung
des Kommutators wird innerhalb des Motorgehäuses zurückgehalten und kann damit keine
sonstigen Bauelemente stören.
Insbesondere bei Kraftfahrzeugen, welche eine Vielzahl sicherheitsrelevanter
Elektronik wie beispielsweise Antiblockiersysteme, elektronische
Stabilitätsprogramme
oder Airbag-Steuergeräte
enthalten, ist eine Minimierung elektromagnetischer Störstrahlung
wünschenswert, um
die Zuverlässigkeit
solcher Sicherheitssysteme zu gewährleisten.
-
Nachfolgend
soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels, welches in
den Figuren dargestellt ist, näher
erläutert
werden.
-
1 zeigt
einen Elektromotor gemäß der vorliegenden
Erfindung, bei welchem die erfindungsgemäße Abschirmung und der Bürstenträger noch nicht
montiert sind.
-
2 zeigt einen fertig gestellten Elektromotor
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
3 zeigt
einen Schnitt durch einen Elektromotor gemäß der vorliegenden Erfindung,
nachdem dieser mit einem Kunststoffgetriebegehäuse verbunden wurde.
-
1 zeigt
einen Elektromotor mit einem Motorgehäuse 1. Dieses weist
eine im Wesentlichen zylindrische Form auf. Bei der Zylinderform
nach dem vorliegenden Beispiel handelt es sich nicht um einen Kreiszylinder.
Vielmehr ist eine Seite des Motorgehäuses abgeflacht, um den Einbau
bei beengten Platzverhältnissen
zu erleichtern.
-
Das
Motorgehäuse 1 weist
an einer Seite einen Gehäusedeckel 8 auf,
welcher einstückig
mit dem Gehäuse 1 verbunden
ist. Eine solche einstückige
Ausgestaltung kann beispielsweise durch Tiefziehen des Gehäuses erhalten
werden. Alternativ kann der Deckel 8 mit der Mantelfläche des
Gehäuses 1 verschweißt werden.
Im Gehäuseboden 8 ist
ein Gleitlager 6 eingepresst, welches die Motorwelle 3 aufnimmt.
-
An
der Motorwelle 3 befinden sich die Wicklungen 9 des
Rotors. Weiterhin ist auf der Motorachse 3 der Kommutator 4 als
Teil des Rotors angeordnet. Der Kommutator 4 besteht aus
einer Vielzahl von Elektrodenflächen,
welche auf einer Zylinderumfangsfläche angeordnet sind. Jeder
Enddraht eines Spulenpaares 9 ist mit einer entsprechenden
Elektrode verbunden. Außen
um den Rotor ist im Gehäuse 1 der
Stator 5 angeordnet. Der Stator weist eine Magnetfelderzeugungseinrichtung
auf, beispielsweise mehreren Permanentmagneten.
-
Weiterhin
weist das Gehäuse 1 an
der dem Boden 8 gegenüberliegenden
Fläche
eine Öffnung 2 auf.
Durch diese Öffnung
kann der Rotor und der Stator in das Gehäuse eingesetzt werden. Im Bereich der Öffnung 2 weist
die Gehäusemantelfläche Durchbrüche 7 auf.
Diese Durchbrüche
dienen dazu, ein Lagerschild oder ein Getriebegehäuse am Motorgehäuse 1 zu
befestigen. Diese Bauteile können
aus einem elastischen Material, beispielsweise einem Kunststoff,
hergestellt sein und entsprechende Vorsprünge 13 aufweisen.
Diese Vorsprünge 13 rasten beim
Aufdrücken
auf das Gehäuse 1 in
die Aussparung 7 ein.
-
2A zeigt
die Schnittdarstellung aus 1, nachdem
die fehlenden Bauteile komplettiert wurden.
-
Der
Kommutator 4 ist in 2A durch
den Bürstenträger 10 verdeckt.
Dieser trägt
die Bürsten, beispielsweise
aus Kohlenstoff, welche den Strom über den Kommutator 4 an
die Spulen 9 leiten. Um die am Kommutator entstehende elektromagnetische Störstrahlung
von weiteren Baugruppen abzuschirmen, ist die Öffnung- 2 mit einer
Abschirmung 11 verschlossen. Die Abschirmung 11 weist
Vorsprünge 13 auf,
welche in die Ausnehmungen 7 des Gehäuses 1 einrasten.
Dadurch wird eine einfache Montage der Abschirmung 11 durch
Aufdrücken
möglich.
-
2B zeigt
nochmals den geschlossenen Motor mit seinem äußeren Gehäuse 1 und der Motorwelle 3.
Erkennbar ist, dass die Abschirmung 11 eine zentrale Öffnung aufweist,
welche die freie Beweglichkeit der Motorwelle 3 erlaubt.
Um die Spaltmaße zwischen
der Abschirmung 11 und der Motorwelle 3 klein
zu halten, kann zwischen beiden Bauteilen eine elektrisch leitfähige Schleifringdichtung
vorgesehen werden, beispielsweise aus diamantähnlichem Kohlenstoff.
-
Zwischen
der Abschirmung 11 und dem Gehäuse 1 kann eine elektrisch
leitfähige
Dichtungsmasse vorgesehen sein, z. B. aus einem gefüllten Kunstharz.
Im Beispiel nach 2b ist eine andere Art der Abdichtung
zwischen Bauteil 11 und 1 dargestellt. Die Abschirmung 11 weist
einen Kragen 14 auf, welcher an der Oberkante des Gehäuses 1 anliegt und
somit eine – dichtung
bildet.
-
Zur
elektrischen Kontaktierung des Bürstenträgers mit
den darin angeordneten Bürsten
dient ein elektrischer Steckverbinder 12.
-
3 zeigt
den Motor aus 2 nach Anschluss an
ein Getriebegehäuse 15.
Das Getriebegehäuse 15 kann
in besonders einfacher Weise aus Kunststoff gefertigt werden, beispiels weise
im Spritzgussverfahren. Dadurch bietet das Kunststoffgehäuse 15 keinerlei
Abschirmung elektromagnetischer Störwellen. Das Gehäuse 15 enthält weiterhin
ein anzutreibendes Zahnrad 17 und ein oberes Wellenlager 16.
Der Motor wird mit seiner Welle 3 so in das Kunststoffgehäuse eingeführt, dass
der obere, als Schnecke ausgebildete Teil der Antriebswelle 3 mit
Zahnrad 17 im Eingriff steht. Das Wellenlager 16 ist
dann mit dem unteren, im Gehäuseboden 8 angeordneten Wellenlager 6 in
Flucht. Somit ergibt sich eine stabile Lagerung der Welle 3,
sodass der Rotor 9 nicht an Stator 5 anschlägt.
-
Das
Kunststoffgehäuse 15 weist
ebenfalls vorstehende Verbindungsnocken 13 auf, welche
in Aussparungen 7 am Motorgehäuse 1 eingreifen.
Somit kann auch das Motorgehäuse 1 und
das Getriebegehäuse 15 durch
einfaches Zusammenstecken dauerhaft miteinander verbunden werden.
Die elektrische Abschirmung 11 bleibt mit dem Gehäuse 1 leitfähig verbunden.
Die Abschirmung 11 befindet sich nun zwischen Gehäuse 1 und
Gehäuse 15.
Somit sorgt die Abschirmung 11 dafür, dass die am Kommutator 4 erzeugte
elektromagnetische Störstrahlung
nicht in Gehäuse 15 eindringen
kann. Dadurch ist es unerheblich, dass eine solche Störwelle das
Gehäuse 15 verlassen
könnte.
Sämtliche
Störstrahlung
ist im Motorgehäuse 1 konzentriert
und kann diese nur unter erheblicher Abschwächung verlassen. Die Schwächung der
Störstrahlung
beim Durchtritt durch Gehäuse 1 und/oder
Abschirmung 11 beträgt
bevorzugt mehr als 20 db, besonders bevorzugt mehr als 30 db. Somit
wird ein störender
Einfluss auf weitere, sicherheitsrelevante Baugruppen eines Fahr-
oder Flugzeuges zuverlässig
verhindert.
-
Die
in 3 dargestellte Motor-Getriebe-Einheit eignet sich
insbesondere zum Antrieb eines Scheibenwischers, beispielsweise
eines Heckscheibenwischers. Ebenso kann die dargestellte Motor-Getriebeeinheit
als Stellmotor eingesetzt werden, z. B. für Fensterheber, Schiebedachversteller
oder Sitzversteller.