DE102011001347A1 - Direct current electromotor for use with drive motor in e.g. interior of door, for window lifter in car, has rotor comprising cavities, and brushes pressed against collector/commutator in radial directions and spaced at specific angle - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen verbesserten Gleichstrom-Elektromotor, insbesondere für Getriebemotoren für Fensterheber, Sitze, Scheibenwischer und andere Anwendungen in Fahrzeugen.The invention relates to an improved DC electric motor, in particular for geared motors for windows, seats, windscreen wipers and other applications in vehicles.
Bekannt und weit verbreitet sind heute Elektromotoren mit zugehörigem Untersetzungsgetriebe für die Verwendung beispielsweise in Kraftfahrzeugen zum Bewegen von Fensterhebern, Scheibenwischern, Sitzteilen und dergleichen, die sich hauptsächlich durch ihre Kompaktheit auszeichnen.Known and widely used today are electric motors with associated reduction gear for use, for example, in motor vehicles for moving window regulators, windscreen wipers, seat parts and the like, which are characterized mainly by their compactness.
Derartige Elektromotoren eignen sich nämlich zum Einbau in enge Räume, wie das Innere einer Tür oder die Kofferraumklappe oder die Motorhaube eines Fahrzeugs.Such electric motors are in fact suitable for installation in narrow spaces, such as the interior of a door or the trunk lid or the hood of a vehicle.
Angesichts der steigenden Kundennachfrage nach Fahrzeugen, z. B. Automobilen, Geländewagen, aber auch Wasserfahrzeugen, die mit Servovorrichtungen wie z. B. Fensterhebern, Sitzen, Scheibenwischern und dergleichen ausgestattet sind, und angesichts der dadurch ständig wachsenden Nachfrage nach derartigen kompakten Elektromotoren besteht heute auf diesem Gebiet mehr und mehr der Bedarf, die Fertigung solcher kompakter Elektromotoren zu automatisieren, um möglichst schnell auf den rapiden Wandel des Marktes zu reagieren und gleichzeitig die Kosten auf wettbewerbsfähigem Niveau zu halten.In view of increasing customer demand for vehicles, eg. As automobiles, SUVs, but also watercraft, with servo devices such. As window regulators, seats, windshield wipers and the like are equipped, and in view of the ever-increasing demand for such compact electric motors is more and more in this area the need to automate the production of such compact electric motors in order to quickly as possible to the rapid change of Market while keeping costs at a competitive level.
Das Streben nach einer erhöhten Automatisierung der Fertigung ist verbunden mit der Vereinfachung und der Standardisierung der Bauteilproduktion, was nicht nur auf eine schnellere Montage, sondern auch auf das Festlegen der Fertigung von Motoren gerichtet ist, die bereit zur Verwendung bei Fahrzeugen unterschiedlicher Hersteller sind und die ihrerseits unterschiedliche Standards, z. B. bei der Steuerung der Bewegung des Elektromotors haben.The quest for increased automation of manufacturing is associated with the simplification and standardization of component production, which is not only aimed at faster assembly, but also at specifying the manufacture of engines that are ready for use in vehicles of different manufacturers and the in turn different standards, eg. B. in the control of the movement of the electric motor.
Heutzutage erfolgt das Ablesen der Position, der Geschwindigkeit und der Beschleunigung einer Antriebswelle eines in ein Kraftfahrzeug einzubauenden Gleichstrom-Elektromotors gewöhnlich mit einer Inkrementalvorrichtung, bei der eine Steuerelektronik einen Nullpunkt (beim Erreichen und beim Wiedererkennen eines Anschlags) erkennt und an diesem Nullpunkt eine erste Kalibration ausführt, sodass ausgehend von diesem Nullpunkt die Elektronik durch Zählen der Impulse, die sie von einem in dem Motor angeordneten und der Antriebswelle zugewandten Sensor empfängt, die Bewegungen der Antriebswelle erkennen und auswerten kann.Nowadays, the reading of the position, velocity and acceleration of a drive shaft of a DC electric motor to be installed in a motor vehicle usually takes place with an incremental device in which an electronic control unit detects a zero point (upon reaching and recognizing a stop) and at this zero point a first calibration executes so that starting from this zero point, the electronics by counting the pulses that it receives from a sensor disposed in the engine and the drive shaft facing sensor can detect and evaluate the movements of the drive shaft.
Bei Elektromotoren für derartige Anwendungen besonders verbreitet sind die digitalen Sensoren, die als „Hall-Effekt Sensoren” bekannt sind.Particularly common in electric motors for such applications are the digital sensors known as "Hall-effect sensors".
Beim Einsatz derartiger Sensoren erkennt die Elektronik eine Folge von 1/0-Übergängen und aus der Zählung derselben entnimmt sie die Informationen über Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung der Antriebswelle und damit der zugehörigen Antriebe.When such sensors are used, the electronics detect a series of 1/0 transitions, and from the counting of them, they extract the information about the position, speed and acceleration of the drive shaft and thus the associated drives.
Ferner ist die Möglichkeit bekannt, die Erhebung der Parameter der Antriebswellendrehung ohne Zurückgreifen auf Hall-Sensoren auszuführen, indem die Elektronik für das Lesen des analogen Speisesignals ausgebildet wird.Further, the possibility is known to perform the survey of the parameters of the drive shaft rotation without resorting to Hall sensors by the electronics for reading the analog feed signal is formed.
Insbesondere ist die Elektronik zum Zählen der sogenannten „Kommutierungs-Ripples” oder der Spannungsspitzen ausgebildet, die auf die Kommutierung zwischen Bürsten und Kollektor zurückgehen.In particular, the electronics for counting the so-called "commutation ripples" or the voltage peaks formed, which go back to the commutation between brush and collector.
Um von der Steuerelektronik verwertbar ausgelesen werden zu können, muss ein entsprechendes analoges Signal jedoch einen niedrigen und von der Elektronik gut filterbaren Rauschpegel haben, mit Impulspegeln (die Spannungsspitzen bei der Kommutierung) ausreichender Energie, um von der Elektronik gut erkannt zu werden. Auf diese Weise ist das analoge Signal mit einem digitalen Signal vergleichbar und wie ein solches berechenbar.However, in order to be readable by the control electronics, a corresponding analog signal must have a low noise level well filterable by the electronics, with pulse levels (the voltage spikes at commutation) of sufficient energy to be well recognized by the electronics. In this way, the analog signal is comparable to a digital signal and as such calculable.
Um dies zu erreichen, muss ein stabiles Gleichgewicht im Kontakt zwischen Bürste und Kollektor/Kommutator bestehen.To achieve this, there must be a stable balance in the contact between brush and collector / commutator.
Jeder Fahrzeughersteller verwendet eine eigene spezielle elektronische Steuereinheit, wobei die Projektierung einer Elektronikeinheit, die ein analoges Signals verarbeitet, wie es das „Ripple”-Signal ist, eine andere Entwicklung verlangt als eine Elektronik, die ein digitales Signals verarbeitet, wie es das von einem Hall-Sensor erfasste Signal ist.Each vehicle manufacturer uses its own dedicated electronic control unit, and the design of an electronics unit that processes an analogue signal, such as the "ripple" signal, requires a different development than an electronic system that processes a digital signal, like that of a Hall sensor detected signal is.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Gleichstrom-Elektromotor, insbesondere für Getriebemotoren für Fensterheber, Sitze, Scheibenwischer und dergleichen anzugeben, der ein besseres stabiles Gleichgewicht der Kontaktzonen zwischen Bürsten und Kollektor hat und gleichzeitig mittels automatisierter oder halbautomatisierter Operationen zu fertigen ist, wobei die Standardisierung der Komponenten und die strukturellen Änderungen, die bevorzugt werden, um seine automatisierte Fertigung zu ermöglichen, seine Leistung im Allgemeinen nicht beeinträchtigen und insbesondere die Möglichkeit, die Drehbewegung der Antriebswelle auf optimale Art und Weise auf analogem Weg zu erfassen nicht einschränken.Object of the present invention is to provide an improved DC electric motor, in particular for gear motors for windows, seats, windscreen wipers and the like, which has a better stable balance of contact zones between the brush and collector and at the same time by automated or semi-automated operations to manufacture, the standardization of the components and the structural changes that are preferred to allow for its automated production, generally do not affect its performance and, in particular, do not limit the ability to detect the rotational movement of the drive shaft in an optimal manner in an analogous way.
Im Rahmen dieser Aufgabe ist ein verbesserter Elektromotor anzugeben, der mit bekannten Untersetzungsgetrieben verwendbar ist, ohne dass spezielle Änderungen an diesen vorgenommen werden müssen.In the context of this object, an improved electric motor is provided, which can be used with known reduction gears, without special changes have to be made to these.
Im Rahmen dieser Aufgabe ist ein Gleichstrom-Elektromotor anzugeben, der sowohl mittels analogen Signals als auch mittels digitalen Signals steuerbar ist und dabei nicht weniger leistungsfähig als ähnliche bekannte Elektromotoren ist.Within the scope of this object, a DC electric motor is provided which can be controlled both by means of an analog signal and by means of a digital signal and is no less powerful than similar known electric motors.
Schließlich ist ein Gleichstrom-Elektromotor, insbesondere für das Bewegen z. B. von Fensterhebern, Sitzen, Scheibenwischern und dergleichen in Kraftfahrzeugen anzugeben, der mit bekannten Anlagen und Techniken realisierbar ist.Finally, a DC electric motor, in particular for moving z. B. of window regulators, seats, windscreen wipers and the like in motor vehicles, which can be realized with known systems and techniques.
Diese und andere Aufgaben, die im Folgenden deutlicher werden, löst ein verbesserter Gleichstrom-Elektromotor, insbesondere für Getriebemotoren für Fensterheber, Sitze, Scheibenwischer und andere ähnliche Anwendungen in Fahrzeugen, umfassend ein Aufnahmegehäuse für einen Statorkörper und für einen Rotor mit einer Antriebswelle, die einen Kollektor/Kommutator, entsprechende Bürsten für den Kollektor/Kommutator trägt, ferner umfassend ein Verbinderelement für die Stromversorgung des Motors, einen Verschlussdeckel für das Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass
- – der Statorkörper aus einem rohrförmigen Magneten besteht, der an vier Polen magnetisiert ist, von denen jeder einen Schnitt in Form eines kreisförmigen Bogens hat, wobei der Bogen eine Winkelweite von 90° hat,
- – der Rotor neun Hohlräume aufweist,
- – zwei Bürsten vorhanden sind, die in radialen Richtungen, die in einem Winkel von 80° beabstandet sind, gegen den Kollektor/Kommutator gedrückt sind.
- The stator body consists of a tubular magnet magnetised on four poles, each of which has a section in the form of a circular arc, the arc having an angular extent of 90 °,
- The rotor has nine cavities,
- - There are two brushes, which are pressed in radial directions, which are at an angle of 80 °, against the collector / commutator.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich größtenteils aus der Beschreibung dreier bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen verbesserten Gleichstrom-Elektromotors, die als nicht einschränkende Beispiele in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigenOther features and advantages of the invention will be more fully apparent from the description of three preferred embodiments of the improved DC electric motor of the present invention, which are illustrated by way of non-limitative example in the accompanying drawings. Show it
In seiner in den
Der Elektromotor
Der Elektromotor
Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Elektromotors
- – der
Statorkörper 12 von einemrohrförmigen Magneten 20 gebildet ist, der mit vier Polen magnetisiert ist, wobei jeder dieser Pole einen Schnitt in Form eines kreisförmigen Bogens hat, wobei der Bogen eine Winkelbreite von 90° hat, - – der
Rotor 13 neunHohlräume 21 hat, - – zwei
Bürsten 16 und17 vorhanden sind, die in radialen Richtungen in einem Winkelabstand A von im Wesentlichen 80° gegen den Kollektor/Kommutator 15 gedrückt sind.
- - the
stator body 12 from atubular magnet 20 which is magnetized with four poles, each of these poles having a section in the form of a circular arc, the arc having an angular width of 90 °, - - the
rotor 13 ninecavities 21 Has, - - two
brushes 16 and17 present in the radial directions at an angular distance A of substantially 80 ° to the collector /commutator 15 are pressed.
Von den vier Polen sind in der
Die Form des Stators
Bei dieser ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors
Der Körper
Bei dieser Ausführungsform sind ein erster Sitz
Der direkt an dem Körper des Verbinderelements
Die Bürsten
Diese Sitze können entweder einstückig mit dem Deckel oder an separaten und später an den Deckel montierten Komponenten ausgebildet sein.These seats can either be integral with the lid or on separate and later mounted on the lid components.
Bei einem Bürstenmotor ist die Winkelstellung der Bürsten, die den maximalen elektrischen Wirkungsgrad erzeugt, diejenige, die die magnetische Teilung nachahmt.In a brush motor, the angular position of the brushes that produces the maximum electrical efficiency is the one that mimics the magnetic division.
Bei vier Magnetpolen, jeder mit einem Winkel von 90°, ergibt sich folglich die maximale Leistung mit 90° zwischen den Bürsten.With four magnetic poles, each with an angle of 90 °, this results in the maximum power with 90 ° between the brushes.
Bei einem Motor mit Permanentmagneten sind die Vibrationen und damit die Geräusche, was für die Bewertung der Güte eines Elektromotors für Vorrichtungen für Scheibenheber oder Sitzverstellung ein sehr wichtiger Parameter ist, umso geringer je konstanter während der 360° der Umdrehung des Rotors das durch die Wechselwirkung von Stator und Rotor erzeugte Drehmoment ist, da jede Drehmomentspitze Vibrationen und Beschleunigungen erzeugt.In a motor with permanent magnets, the vibration and thus the noise, which is a very important parameter for the evaluation of the quality of an electric motor for power window or seat adjustment devices, the lower the more constant during the 360 ° of rotation of the rotor by the interaction of Stator and rotor generated torque is because each torque peak generates vibrations and accelerations.
Bei einem Bürstenelektromotor, der auf Kompaktheit ausgelegt ist, verstärken sich diese Vibrations/Geräuscheffekte, sei es aufgrund der geringeren Zahl von Hohlräumen und Polen, sei es aufgrund der Entscheidung, Permanentmagneten mit besseren magnetischen Eigenschaften zu verwenden.In a brush electric motor designed for compactness, these vibration / noise effects increase, either because of the smaller number of cavities and poles, or because of the decision to use permanent magnets with better magnetic properties.
Zum Verringern von Vibrationen und Geräuschen ergibt sich die beste Kombination, wenn die Differenz zwischen der Anzahl der Pole des Stators und der Anzahl der Hohlräume des Rotors eine Primzahl ist und daher keine Gleichzeitigkeit von Eingang und Ausgang zwischen den homologen Punkten der Polschuhe des Rotors und den Magnetpolen des Stators vorliegt.To reduce vibration and noise, the best combination results when the difference between the number of poles of the stator and the number of cavities of the rotor is a prime number and therefore no simultaneity of input and output between the homologous points of the pole pieces of the rotor and the Magnetic poles of the stator is present.
Eine weitere Verbesserung in diesem Sinne ergibt sich durch die Verwendung des rohrförmigen und einstückigen Statorkörpers, da auf diese Weise keine „violente” Wechselwirkung von Kräften zwischen den Kanten der Polschuhe des Rotors und den Kanten der Magnetpole erzeugt wird, gerade weil physikalisch die Magnetpole nicht von vier separaten Ziegeln erzeugt sind, die, jeder mit seinen Kanten, einen nicht konstanten Luftspalt erzeugen, sondern weil die Magnetpole durch Magnetisieren eines einzigen rohrförmigen Elements erzeugt sind, das einen konstanten Luftspalt definiert.A further improvement in this sense is given by the use of the tubular and one-piece stator body, since in this way no "violent" interaction of forces between the edges of the pole pieces of the rotor and the edges of the magnetic poles is generated, precisely because physically the magnetic poles of four separate bricks are produced, each with its edges creating a non-constant air gap, but because the magnetic poles are created by magnetizing a single tubular element defining a constant air gap.
Die beschriebene Lösung der Erfindung mit vier in einem rohrförmigen Magneten
Um das Ripple-Signal zu optimieren, ist jedoch die Gleichzeitigkeit der Kommutation erforderlich, um die Spannungs/Stromspitze zu verdoppeln, und daher wird die Winkelstellung bevorzugt, bei der der Winkel zwischen den Bürsten 80° beträgt.However, in order to optimize the ripple signal, the concurrency of the commutation is required to double the voltage / current peak, and therefore the angular position is preferred in which the angle between the brushes is 80 °.
Der rohrförmige Magnet
Alternativ ist der rohrförmige Magnet in Spielpassung angeordnet. Diese Lösung könnte, innerhalb der Toleranzen, unangenehme Vibrationen und Geräusche erzeugen, wenn der rohrförmige Magnet gegen das Gehäuse geschlagen wird.Alternatively, the tubular magnet is arranged in clearance. This solution could generate, within the tolerances, unpleasant vibrations and noises when the tubular magnet is beaten against the housing.
Die Spielpassung erfordert also den zusätzlichen Einsatz von Befestigungsmitteln. Eine Möglichkeit zur, auch teilweisen, Befestigung besteht in einer Verklebung. Die Verklebung jedoch ist ein Prozess, der die Produktivität der automatisierten Fertigungsanlagen verlangsamt.The clearance thus requires the additional use of fasteners. One way to, even partial, attachment consists in a bond. Bonding, however, is a process that slows down the productivity of automated manufacturing equipment.
Daher erfolgt die Befestigung des rohrförmigen Magneten in dem Sitz vorzugsweise durch derartiges Zusammenwirken mechanischer Mittel und teilweiser Verklebung, dass die mechanischen Mittel den rohrförmigen Magneten im Sitz und in Position halten, so lange das Klebemittel z. B. nicht die 100% seiner Wirksamkeit erreicht. Therefore, the attachment of the tubular magnet in the seat is preferably carried out by such cooperation of mechanical means and partial bonding that the mechanical means keep the tubular magnet in the seat and in position, as long as the adhesive z. B. does not reach 100% of its effectiveness.
Alternativ ist der Permanentmagnet
Die Drehung des rohrförmigen Magneten
An der Bodenseite des Gehäuses
Die
Bei dieser zweiten Ausführungsform ist der Deckel
Diese Elektronikkarte
Der ringförmige Magnet
Die Bürsten
Bei einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen verbesserten Gleichstrom-Elektromotors, die in der Explosionsdarstellung der
Der rohrförmige Magnet
Der erfindungsgemäße verbesserte Gleichstrom-Elektromotor
Entsprechend kann der erfindungsgemäße verbesserte Gleichstrom-Elektromotor
In der Praxis hat sich gezeigt, wie die Erfindung die gestellten Aufgaben erfüllt.In practice, it has been shown how the invention fulfills the stated tasks.
Insbesondere wird durch die Erfindung ein verbesserter Gleichstrom-Elektromotor, insbesondere für Getriebemotoren für Fensterheber, Sitze, Scheibenwischer und dergleichen angegeben, der ein besseres stabiles Gleichgewicht der Kontaktzonen zwischen Bürsten und Kollektor hat und der gleichzeitig mittels automatisierter oder halbautomatisierter Operationen zu fertigen ist, wobei die Standardisierung der Komponenten und die strukturellen Änderungen, die bevorzugt werden, um seine automatisierte Fertigung zu ermöglichen, seine Leistung im Allgemeinen nicht beeinträchtigen und insbesondere die Möglichkeit, die Drehbewegung der Antriebswelle auf optimale Art und Weise auf analogem Weg zu erfassen nicht einschränken.In particular, the invention provides an improved DC electric motor, in particular for power window motors, seats, windscreen wipers and the like, which has a better stable balance of contact zones between the brush and collector and which is to be manufactured simultaneously by automated or semi-automated operations, the Standardization of the components and the structural changes that are preferred to enable its automated production, generally do not affect its performance and in particular do not limit the ability to detect the rotational movement of the drive shaft in an optimal manner in an analogous way.
Außerdem ist mit der Erfindung ein verbesserter Elektromotor realisiert worden, der mit bekannten Untersetzungsgetrieben verwendbar ist, ohne dass spezielle Änderungen an diesen vorgenommen werden müssen.In addition, with the invention, an improved electric motor has been realized, which can be used with known reduction gears, without special changes to these must be made.
Ferner wird mit der Erfindung ein Gleichstrom-Elektromotor angegeben, der sowohl mittels analogen Signals als auch mittels digitalen Signals steuerbar ist und dabei nicht weniger leistungsfähig als ähnliche bekannte Elektromotoren und daher auf die verschiedenen internen Standards der Fahrzeughersteller anpassbar ist.Furthermore, the invention specifies a DC electric motor which can be controlled both by means of an analog signal and by means of a digital signal and is no less powerful than similar known electric motors and therefore adaptable to the various internal standards of the vehicle manufacturer.
Schließlich wird mit der Erfindung ein Gleichstrom-Elektromotor, insbesondere für das Bewegen z. B. von Fensterhebern, Sitzen, Scheibenwischern und dergleichen in Kraftfahrzeugen angegeben, der mit bekannten Anlagen und Techniken realisierbar ist.Finally, with the invention, a DC electric motor, in particular for moving z. Example of window regulators, seats, windscreen wipers and the like in motor vehicles, which can be realized with known systems and techniques.
Zahlreiche Modifikationen und Varianten der so konzipierten Erfindung sind möglich, die alle im Rahmen des Erfindungskonzepts liegen. Außerdem können alle Details durch andere, technisch gleichwertige Elemente ersetzt werden.Numerous modifications and variations of the invention thus conceived are possible, all of which are within the scope of the inventive concept. In addition, all details can be replaced by other, technically equivalent elements.
In der Praxis sind die verwendeten Materialien sowie die Abmessungen und Formen je nach den Anforderungen und dem Stand der Technik beliebig wählbar.In practice, the materials used as well as the dimensions and shapes are arbitrary depending on the requirements and the state of the art.
Wo in den anhängenden Ansprüchen Bezugszeichen auf eine Eigenschaft oder eine Technik folgen, dienen solche Bezugszeichen lediglich dem besseren Verständnis der Ansprüche und haben folglich keinerlei einschränkende Wirkung auf die Auslegung eines jeden durch solche Bezugszeichen beispielhaft identifizierten Elements.Whereuper reference numerals follow a property or technique in the appended claims, such reference numerals are merely for the better understanding of the claims, and thus have no limiting effect on the interpretation of any element exemplified by such reference numerals.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: SCHAUMBURG & PARTNER PATENTANWAELTE GBR, DE Representative=s name: SCHAUMBURG UND PARTNER PATENTANWAELTE MBB, DE |
|
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |