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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem einen Kommutator umfassenden Rotor und einen Hauptlüfter eines Kraftfahrzeugs.
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Kraftfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor weisen während des Betriebs eine beträchtliche Wärmeentwicklung auf. Zum Halten der Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors und auch für den Betrieb einer Klimaanlage wird üblicherweise ein flüssiges Kühlmittel eingesetzt, welches Wiederrum gekühlt werden muss. Dies erfolgt üblicherweise mittels eines von einem Fahrtwind beaufschlagten Kühlernetzes, das im Wärmeaustausch zu dem Kühlmittel steht. Beispielsweise wird das Kühlmittel in Rohre geleitet, die in das Kühlernetz eingearbeitet sind. Da insbesondere bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten der Fahrtwind zur Kühlung normalerweise nicht ausreicht, ist es beispielsweise aus der
EP 1 621 773 A1 bekannt, einen elektrischen Hauptlüfter zu verwenden, mittels dessen der Fahrtwind verstärkt wird.
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Hierbei wird der Hauptlüfter in Fahrtrichtung hinter dem Kühlernetz angeordnet. Mit Hilfe eines Lüfterrads des Lüfters wird die Luft durch das Kühlernetz hindurch gesaugt und auf den Verbrennungsmotor geleitet. Das Lüfterrad ist mittels einer zentralen Rotorwellenkupplung mit einer Rotorwelle des Elektromotors bzw. dessen Rotor (Läufer) verbunden.
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Aus der
DE 601 17 154 T2 ist ein vier bürstiger Elektromotor mit vier magnetischen Polen und fünf Rotorzähnen bekannt. Jede der Rotorzähne ist mit vier Spulen bewickelt, wobei jede der Spulen mit zwei benachbarten Kommutatorlamellen eines Kommutators elektrisch kontaktiert ist. Die so gebildeten und einem der Rotorzähne zugeordneten Kommutatorlamellenpaare sind zueinander um jeweils 90° entlang des Umfangs des Kommutators versetzt. Zur Kostensenkung wird vorgeschlagen die Anzahl der Bürsten und die Anzahl der Spulen pro Zahn auf zwei zu reduzieren. Dabei bleiben jeweils drei aufeinanderfolgende Kommutatorlamellen mittels jeweils einer Spule verbunden. Zwischen den auf diese Weise gebildeten Lammellengruppen verbleibt jeweils eine nicht mit einer Spule verbundene Kommutatorlamelle. Mit anderen Worten werden aus der vorhergehenden Schaltungsanordnung jeweils zwei mit aufeinanderfolgenden Kommutatorlamellen kontaktierte Spulen entfernt. Damit der Motor dennoch betriebssicher betrieben werden kann, sind jeweils gegenüberliegende, also um 180° versetzte, Kommutatorlamellen über Ausgleichsverbindungen miteinander kurzgeschlossen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Elektromotor eines Kraftfahrzeugs und einen verbesserten Hauptlüfter eines Kraftfahrzeugs anzugeben, die bevorzugt vergleichsweise sicher betrieben werden können und zweckmäßigerweise vergleichsweise einfach herzustellen sind.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe hinsichtlich des Elektromotors durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Hauptlüfters durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der Elektromotor ist insbesondere eine Bestandteil eines Hauptlüfters eines Kraftfahrzeugs und treibt ein Lüfterrad an, mittels dessen eine Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs mit Luft beaufschlagt wird. Alternativ oder in Kombination hierzu wird mittels des Hauptlüfters Luft durch ein Kühlernetz gesaugt oder geblasen, das in thermischen Austausch mit der Verbrennungskraftmaschine steht.
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Der Elektromotor weist einen, insbesondere eine Anzahl von Permanenten umfassenden, Stator und einen Rotor auf. Auf einer Welle des Rotors sind ein Kommutator und ein Anker drehsicher angebracht. Der Anker besteht zweckmäßigerweise aus einem Weicheisen-Blechpaket und weist umfangsseitig alternierend eine Anzahl von Rotornuten und Rotorzähnen auf, die sich in axialer Richtung erstrecken. Mit anderen Worten folgt auf jede Rotornut ein Rotorzahn. Beispielsweise weist der Anker eine zylindrische Form auf, dessen Achse mit der Rotationsache zusammenfällt. In diese Form sind umfangsseitig zur Formung der Rotorzähne eine Anzahl von Nuten eingebracht, die sich parallel zur Rotationsachse erstrechen. Innerhalb der Nuten sind zumindest teilweise um die Rotorzähne gewickelte Spulen angeordnet, mittels derer im Betrieb des Elektromotors ein rotierendes Magnetfeld erzeugt wird. Dabei ist mindestens einer der Rotorzähne mit mindestens zwei Spulen bewickelt, die zusammen ein Spulenpaar bilden. Insbesondere weist jeder Rotorzahn einen im Querschnitt pilzförmigen Polschuh zur Führung des Magnetfelds auf.
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Die Spulen sind mit den Kommutatorlamellen des Kommutators elektrisch kontaktiert, wobei die beiden Spulen des Spulenpaars mit den gleichen Kommutatorlamellen elektrisch kontaktiert sind. Die Verschaltung ist hierbei insbesondere derart, dass bei einer Bestromung der beiden Kommutatorlamellen die Polarisierung der sich ergebenden Magnetfelder der beiden Spulen des Spulenpaares gleich gerichtet ist. Auf diese Weise wird bei einem Ausfall einer der Spulen des Spulenpaars, beispielsweise aufgrund einer thermischen Überbelastung, die Funktionsweise des Elektromotors sichergestellt, wenn auch mit verminderter Leistung. Insbesondere weisen die Spulen des Spulenpaares, zweckmäßigerweise alle Spulen des Rotors, die gleiche Wicklungszahl und daher auch die gleiche Magnetfeldstärke auf.
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Vorteilhafterweise sind die Rotorzähne in Einzelzahnwickeltechnik bewickelt. Auf diese Weise ist der Materialverbrauch bei der Herstellung des Elektromotors vergleichsweise gering, und die Trägheit des Rotors ist reduziert.
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Geeigneterweise trägt der Rotorzahn zwei Spulenpaare. Folglich sind vier Spulen um den Rotorzahn gewickelt, von denen jeweils zwei mit den gleichen Kommutatorlamellen elektrisch kontaktiert sind. Auf diese Weise ist es ermöglicht, die Anzahl von Verbindungsstellen zwischen Spulen und Kommutatorlamellen vergleichsweise gering zu halten und dennoch eine vergleichsweise große Anzahl von Kommutatorlamellen und somit eine geeignete Ansteuerung des Elektromotors bereitzustellen. Hierfür unterscheidet sich zumindest eine Kommutatorlamelle, mit denen das eine der beiden Spulenpaare verbunden ist, von den Kommutatorlamellen des anderen Spulenpaars. Mit anderen Worten sind die beiden Spulenpaare mit mindestens drei Kommutatorlamellen elektrisch kontaktiert.
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Zweckmäßigerweise ist jeder Rotorzahn mit mindestens einem Spulenpaar bewickelt, deren Spulen mit den gleichen Kommutatorlamellen elektrisch kontaktiert sind. Auf diese Weise ist der Elektromotor vergleichsweise ausfallsicher.
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Beispielsweise weist der Kommutator zwanzig Kommutatorlamellen auf, von denen jeder mit einer der Spulen des Elektromotors elektrisch verbunden ist. Mittels dieser Anzahl ist es möglich, ein vergleichsweise homogenes magnetisches Drehfeld zu erzeugen, wobei auch eine größere Anzahl von Kommutatorlamellen denkbar ist. Vorzugsweise wird der Kommutator lediglich von zwei Bürsten bestrichen, die bezüglich der Rotationsachse um im Wesentlichen 90° versetzt sind. Aufgrund der Verwendung der kleinst möglichen Anzahl von Bürsten ist der Abrieb zwischen diesen und dem Kommutator vermindert. Somit sind eine thermische Belastung aufgrund von Reibungshitze, Funkenflug und eine Ablagerung von Abriebpartikeln innerhalb des Elektromotors reduziert. Insbesondere ist der Elektromotor vierpolig ausgeführt. Mit anderen Worten umfasst der Stator des Elektromotors vier Magnete, vorzugsweise Permanentmagnete. Altemativ oder in Kombination hierzu weist der Elektromotor fünf Rotorzähne auf, von denen mindestens einer mit dem Spulenpaar bewickelt ist.
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Geeigneterweise sind die Kommutatorlamellen des Kommutators jeweils paarweise mittels einer Kurzschlussbrücke kurzgeschlossen. Auf diese Weise ist es möglich, die Anzahl der benötigten Bürsten zu reduzieren ohne Einbußen bei der Funktionalität des Elektromotors in Kauf nehmen zu müssen. Aufgrund der reduzierten Bürstenanzahl sind der Abrieb an dem Kommutator und eine dortige Funkenbildung verringert. Darüber hinaus ist der Spannungsabfall an dem Kommutator reduziert. Vorzugsweise sind die Kommutatorlamellen punktsymmetrisch kurzgeschlossen. Mit anderen Worten sind jeweils bezüglich der Rotationsachse des Elektromotors gegenüberliegende, also um 180° versetzte, Kommutatorlamellen miteinander elektrisch kontaktiert.
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Besonders bevorzugt weist der Elektromotor hierbei fünf Rotorzähne, die jeweils mit vier Spulen bewickelt sind, zwei Bürsten und vier Magnetpole auf. Ferner beträgt die Anzahl der Kommutatorlamellen des Kommutators zwanzig. Folglich ist in Rotationsrichtung die erste Kommutatorlamelle mit der elften, die zweite Kommutatorlamelle mit der zwölften, die dritte Kommutatorlamelle mit der dreizehnten, usw. direkt elektrisch kontaktiert. Das erste Spulenpaar eines der Rotorzähne, im Folgenden als erster Rotorzahn bezeichnet, ist direkt an der ersten und der zweiten Kommutatorlamelle angelötet oder anderweitig elektrisch leitend mit diesen verbunden. Die beiden anderen Spulen des zweiten Spulenpaars des ersten Rotorzahns sind mit der sechsten und der siebzehnten Kommutatorlamelle elektrisch leitend verbunden.
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Das erste Spulenpaar des in Reihenfolge der Kommutatorlamellen an den ersten Rotorzahn anschließenden Rotorzahns, als zweiter Rotorzahn bezeichnet, ist mit der fünften und der sechsten Kommutatorlamelle direkt elektrisch verbunden, also ohne Verwendung einer der Kurzschlussbrücken. Das zweite Spulenpaar ist direkt an die erste und die zehnte Kommutatorlamelle geführt. Zur Vereinfachung sind das erste Spulenpaar des ersten Rotorzahns und das zweite Paar des zweiten Rotorzahns aus insbesondere lediglich jeweils einem einzigen Draht gewickelt. Der Draht wird hierbei an der zehnten Kommutatorlamelle festgelegt, um den zweiten Rotorzahn gewickelt, mit der ersten Kommutatorlamelle kontaktiert, beispielsweise in einen Haken eingehängt, um den ersten Rotorzahn gewickelt und an der zweiten Kommutatorlamelle festgelegt, beispielsweise mittels Schweißen oder Löten. Hierbei werden zur Herstellung des Spulenpaares zwei Drähte parallel geführt. Zur weiteren Vereinfachung ist es ebenso denkbar, dass anstelle der Festlegung an den einzelnen Kommutatorlamellen der Draht dort ebenfalls lediglich kontaktiert wird, vorzugsweise ebenfalls mittels eines Hakens, und zur Wicklung weiterer Spulen herangezogen wird.
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Die dritte und die vierte Kommutatorlamelle sind nicht direkt mit einer der Spulen, sondern lediglich mittels der Kurzschlussbrücken mit der dreizehnten bzw. vierzehnten Kommutatorlamelle verbunden. Diese jedoch sind mit jeweils zwei Enden eines Spulenpaares elektrisch kontaktiert gemäß der oben beschriebenen Verschaltung. Aufgrund einer derartigen Verschaltung der Spulen mit den einzelnen Lamellen ist die Herstellung des Rotors besonders vereinfacht. Im Besonderen ist die Wicklung der einzelnen Spulen um die korrespondierenden Rotorzähne vergleichsweise unkompliziert, da die Bereiche der Spulen zwischen den Kommutatorlamellen und dem an den Rotorzähnen angelegten Teil der Spulen vergleichsweise klein sind. Hierdurch wird einerseits weniger Material verwendet. Andererseits sind in diesen Bereichen entstehende, ungewollte und die Effizienz mindernde Magnetfelder reduziert.
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Alternativ hierzu sind jeweils zwei Spulenpaare von aufeinanderfolgenden Rotorzähnen mit drei direkt aufeinanderfolgenden Kommutatorlamellen direkt elektrisch verbunden, wobei die mittlere der Kommutatorlamellen mit beiden Spulenpaaren elektrisch kontaktiert ist. Insbesondere wird zur Wicklung der beiden Spulenpaare lediglich ein parallel geführter Lackdraht oder dergleichen verwendet, der beispielsweise an der ersten Kommutatorlamelle festgelegt wird, und mit dem eines der Spulenpaare gewickelt wird. Der Lackdraht wird daraufhin mit der mittleren, zweiten Kommutatorlamelle elektrisch kontaktiert, wie zum Beispiel dort verhakt. Mit dem Draht wird in einem sich daran anschließenden Arbeitsschritt das letzte Spulenpaar gewickelt, nämlich das Spulenpaar eines des darauffolgenden Zahns, und der Draht danach an der dritten Kommutatorlamelle festgelegt und abgelängt.
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Das verbleibende Spulenpaar des ersten Rotorzahns, also dessen anderes Spulenpaar mit der ersten und zweiten Kommutatorlamelle elektrisch kontaktiert ist, ist mit der sechsten und siebten Kommutatorlamelle elektrisch kontaktiert. Das verbleibende Spulenpaar des darauffolgenden Rotorzahns ist mit der siebzehnten und achtzehnten Kommutatorlamelle elektrisch kontaktiert. Das Muster der Verschaltung widerholt sich entsprechend. Folglich sind die beiden Spulenpaare jedes der Rotorzähne des Elektromotors mit jeweils zwei direkt aufeinanderfolgenden Kommutatorlamellen elektrisch kontaktiert, wobei sich zwischen den auf diese Weise gebildeten Kommutatorlamellenpaaren drei weitere Kommutatorlamellen befinden. Mit den zwei der drei sich zwischen den Kommutatorlamellenpaaren befindenden Kommutatorlamellen ist jeweils ein werteres Spulenpaare der beiden benachbarten Rotorzähne kontaktiert. Hierbei ist jedes der weiteren Spulenpaare mit jeweils einem der Kommutatorlamellen der Kommutatorlamellenpaare elektrisch kontaktiert. Bei der Art der Verschaltung ist ebenfalls zusätzlich jede Kommutatorlamelle mit jeweils einer der Kurzschlussbrücken mit der bezüglich der Rotationsachse gegenüberliegenden Kommutatorlamelle kurzgeschlossen.
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Die Arten der Verschaltung sind hierbei nicht auf die konkrete Ausgestaltung des Elektromotors mit fünf Rotorzähnen, zwanzig Kommutatorlamellen, zwei Bürsten und vier Pole, sowie nicht auf das punktsymmetrische Kurzschließen der Kommutatorlamellen beschränkt. Vielmehr werden die Arten der Verschaltung als eigenständig erfinderisch betrachtet und kann unabhängig von der Verwendung von Spulenpaaren, also der Kontaktierung der gleichen Kommutatorlamellen mit zwei um den gleichen Rotorzahn gewundenen Spulen, erfolgen.
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Zur Herstellung der Kurzschlussbrücken ist es denkbar, die jeweiligen Spulenenden zu verlängern und zur entsprechenden Kommutatorlamelle zu führen. Mit anderen Worten ist eine Spulenseite mit mindestens zwei Kommutatorlamellen elektrisch kontaktiert, wobei diese beiden Kommutatorlamellen um im Wesentlichen 180° bezüglicher der Rotorachse versetzt sind. Dabei endet der Spulendraht bevorzugt an zwei benachbarten Kommutatorlamellen, wobei eines der Enden von einer dieser Kommutatorlamelle über die hierzu gegenüberliegende Kommutatorlamelle zu der Spule geführt ist. In einer Weiterbildung hiervon wird der Spulendraht an mindestens einer der Kommutatorlamellen, bevorzugt an beiden, nicht abgelängt, sondern zur Wicklung einer weiteren der Spulen des Elektromotors herangezogen. Vorteilhafterweise ist dabei mindestens eine der Kurzschlussbrücken doppelt. Mit anderen Worten ist der Spulendraht von einer der Kommutatorlamellen zu der gegenüberliegenden und wiederum zu der ursprünglichen Kommutatorlamelle zurückgeführt. Auf diese Weise ist es ermöglicht, den Rotor vollständig mittels eines einzigen Spulendrahts zu wickeln, ohne diesen dazwischen ablängen zu müssen, was die Herstellung des Rotors vereinfacht.
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In einer hierzu alternativen Ausführungsform der Erfindung sind die Kurzschlussbrücken separat von den Spulen ausgebildet. Mit anderen Worten werden die kurzgeschlossenen Kommutatorlamellen nicht mit dem gleichen Bauteil verbunden, mittels dessen die Spulen mit dem Kommutator kontaktiert sind, also nicht mit dem lackierten Kupferdraht der Spulen, sofern dieser zur Herstellung der Spulen verwendet wird. Auf diese Weise ist einerseits der Wickelaufwand bei der Herstellung des Elektromotors reduziert, was sowohl zu einer Kostenreduzierung als auch zu einer Zeitersparnis führt. Ferner sind zur Herstellung des Rotors keine Spezialmaschinen notwendig. Andererseits ist es ermöglicht den mittels der Kurzschlussbrücken verschalteten Kommutator in einem separaten Arbeitsschritt vorzufertigen. Hierdurch ergibt sich eine weitere Zeitersparnis und bei der Herstellung ist es möglich, den vollständig verschalteten Kommutator bereits vor der Montage innerhalb des Elektromotors auf dessen Funktionstüchtigkeit zu prüfen. Darüber hinaus können die Kurzschlussbrücken innerhalb des Kommutators geführt und dort beispielsweise vergossen werden, was eine Beschädigung der Kurzschlussbrücken während des Betriebs, beispielswiese aufgrund von durch die Bürsten hervorgerufenem Abrieb, unterbindet.
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Der Hauptlüfter umfasst einen Elektromotor, der eine Anzahl von mit Spulen bewickelten Rotorzähnen aufweist. Mindestens zwei Spulen sind um einen der Rotorzähne geschlungen und mit den gleichen Kommutatorlamellen eines Kommutators elektrisch kontaktiert. Der Hauptlüfter weist ferner ein Lüfter- oder Flügelrad auf, das von dem Elektromotor angetrieben und beispielsweise innerhalb einer runden Aussparung einer Lüfterzarge angeordnet ist. Die Lüfterzarge ist an einem Kühlernetz befestigt, durch das eine Kühlflüssigkeit geleitet ist, die in thermischem Kontakt zu einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs steht. Bei einer Bestromung des Elektromotors wird Luft durch das Kühlernetz gesaugt und das aufgrund der erhitzten Kühlflüssigkeit erwärmte Kühlernetz gekühlt. Ferner kann mittels einer geeigneten Positionierung die Verbrennungskraftmaschine von außen mit dem mittels des Lüfters erzeugten und/oder verstärkten Luftstroms beaufschlagt werden.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 schematisch vereinfacht einen Hauptlüfter mit einem Elektromotor,
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2 ausschnittsweise, perspektivisch den Elektromotor,
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3a, 3b schematisch den Elektromotor im Querschnitt,
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4 teilweise, schematisch die Verschaltung des Elektromotors, und
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5 eine alternative Verschaltung.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist schematisch vereinfacht in einer Seitendarstellung ein Kühlerlüfter 2 eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Der Kühlerlüfter 2 umfasst ein Kühlernetz 4, durch das ein Kühlrohr 6 geführt ist. Innerhalb des Kühlrohrs 6 befindet sich eine Kühlflüssigkeit, welche mittels einer hier nicht dargestellten Pumpe in Zirkulation gehalten wird. Die Kühlflüssigkeit wird durch eine Verbrennungskraftmaschine 8 geleitet und von dieser erwärmt, wobei die Verbrennungskraftmaschine 8 gekühlt wird. Die erwärmte Kühlflüssigkeit wird erneut durch das Kühlernetz 4 geleitet, welches von einem Fahrtwind beaufschlagt ist. Die Richtung des Fahrtwindes ist hierbei längs einer Fahrtwindrichtung 10, die im Wesentlichen der Hauptfortbewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs entspricht.
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Mittels eines als Hauptlüfter bezeichneten Lüfters 12, der in Fahrtwindrichtung 10 hinter dem Kühlernetz 4 angeordnet ist, wird der Fahrtwind verstärkt oder bei einem Stillstand des Fahrzeugs erzeugt. Dies erfolgt mittels eines Elektromotors 14, der ein Lüfterrad 16 in Rotation versetzt. Ferner wird mittels des Lüfterrads 16 der Fahrtwind auf die Verbrennungskraftmaschine 8 geleitet, und diese somit von außen mit dem Fahrtwind beaufschlagt. Dies führt zu einer zusätzlichen Kühlung der Verbrennungskraftmaschine 8. Das Lüfterrad 16 ist innerhalb einer Kühlerzarge 18 angeordnet, mittels derer der Fahrtwind gelenkt wird. In dem Übergangsbereich zwischen der Zarge 18 und dem Lüfterrad 16 befinden sich Bürsten oder eine bestimmte Kontur, die jeweils eine sogenannte Leckluft zwischen den beiden Komponenten unterbindet. Der Elektromotor 14 ist mittels Streben 20 an der Zarge 18 befestigt. Die Streben 20 sind einstückig mit der Zarge 18 hergestellt, beispielsweise in einem Kunststoffspritzverfahren.
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2 zeigt perspektivisch den Elektromotor 14, bei dem ein Gehäuse und weitere Bestandteile aufgrund der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind. Der Elektromotor 14 weist vier Pole 22 aus Permanentmagneten auf, die um eine zentrale Rotationsachse 24 symmetrisch positioniert sind. Die Polarisation jeweils zwei benachbarter Permanentmagneten ist hierbei unterschiedlich. Mit anderen Worten weist der magnetische Nordpol von zwei gegenüberliegenden Permanentmagneten 22a und der magnetische Südpol der beiden verbleibenden Permanentmagnete 22b jeweils in die gleiche Richtung. Innerhalb des von den Polen 22 umgebenen Raums ist ein Rotor 26 angeordnet, der eine zentrale, mittels Lagern 28 gelagerte Welle 30 umfasst. Die Rotationsachse 24 verläuft zentral durch die Welle 30. An der Welle 30 ist drehsicher ein Kommutator 32 mit zwanzig Kommutatorlamellen 34 befestigt. Bezüglich der Rotationsachse 24 um im Wesentlichen 90° versetzt befinden sich zwei radial verlaufende Bürsten 36, die bei einer Drehbewegung der Welle 30 über die Kommutatorlamellen 34 streichen und somit mit diesen elektrisch kontaktiert sind. Die Bürsten 36 werden jeweils mittels einer Feder 38 gegen den Kommutator 32 gepresst und sind zur Verringerung von störenden Rückkopplungen innerhalb eines Versorgerstroms mit Drosseln 40 elektrisch kontaktiert, die über eine nicht gezeigte Sicherung und Versorgungsleitungen mit einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs elektrisch verbunden sind.
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In 3a und in 3b ist in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Rotationsachse 24 schematisch die Verschaltung des Rotors 26 gezeigt. In 4 ist die Verschaltung in einer um die Rotationsachse 24 abgewickelten Darstellung gezeigt. Der Rotor 26 weist ein Blechpaket 42 auf, das aus in axialer Richtung 44, also parallel zu der Rotationsachse 24, übereinander und gegeneinander elektrisch isolierten Weicheisenblechen besteht. Das Blechpaket 42 weist fünf Rotorzähne 46 auf, die jeweils mittels einer sich in axiale Richtung 44 ersteckenden Rotornuten 48 getrennt sind. In radialer Richtung werden die Rotorzähne 46 jeweils mittels eines Polschuhs 50 begrenzt, die jeweils einen vergleichsweise geringen Abstand zu den Polen 22 aufweisen.
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Um jeden Rotorzahn 46 sind vier Spulen 52 geschlungen, die einen Spulenkörper 54 und zwei Zuleitungen 56 aufweisen, und die aus einem lackierten Kupferlackdraht hergestellt sind. Als Spulenkörper 54 wird derjenige Teil der Spule 52 bezeichnet, der an den Rotorzahn 46 direkt oder indirekt anliegt und innerhalb der Rotornuten 48 angeordnet ist. Die schwarzen Punkte repräsentieren die jeweilige Kontaktierung der Zuleitungen 56 mit dem Spulenkörper 54. Die Kontaktierung eines jeden Spulenkörpers 54, der ein- oder mehrlagig ist und von zwei mit einer gepunktete Linie verbundenen Rechtecken repräsentiert wird, wobei aus Übersichtsgründen lediglich zwei derartige Linie gezeigt sind, befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten des jeweiligen Rotorzahns 46.
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Jeweils zwei der von einem der Rotorzähne 46 getragenen vier Spulen 52 sind zu einem Spulenpaar 52a, 52b zusammengefasst. Dies bedeutet, dass diese beiden Spulen 52 mit denselben Kommutatorlamellen 34 des Kommutators 32 elektrisch kontaktiert sind. Die Kommutatorlamellen 34 selbst sind mittels Kurzschlussbrücken 58 kurzgeschlossen, wobei jeweils bezüglich der Rotationsachse 24 gegenüberliegende Kommutatorlamellen 34 miteinander elektrisch kontaktiert sind. Die Kurzschlussbrücken 58 sind und aus einem Material mit einem geringen elektrischen Widerstand hergestellt.
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Die Verschaltung der einzelnen Spulen 52 mit den Kommutatorlamellen 34 des Kommutators 32 ist in 3b und 4 dargestellt. Hierbei sind aufgrund der Übersichtlichkeit lediglich sechs der Spulen 52 in 4 gezeigt. Das erste Spulenpaar 52b des ersten Rotorzahns 46a ist mit der ersten Kommutatorlamelle 34a und der zweiten Kommutatorlamelle 34b elektrisch kontaktiert, wobei die Zählreihenfolge für die Kommutatorlamellen 34 und die Rotorzähne 46 im Uhrzeigersinn ist. An die erste Kommutatorlamelle 34a ist ferner das zweite Spulenpaar 52a des zweiten Rotorzahns 46b geführt, deren verbleibende Zuleitungen 56 an der zehnten Kommutatorlamelle 34j befestigt sind. Diese wiederum ist über die zugeordnete Kurzschlussbrücke mit der zwanzigsten Kommutatorlamelle 34t kurzgeschlossen. Folglich wird das zweite Spulenpaar 52a des zweiten Rotorzahns 46b bestromt, wenn eine der Bürsten 36 entweder über die zehnte Kommutatorlamelle 34j oder über die zwanzigste Kommutatorlamelle 34t streicht und die andere Bürste 36 mit der erste Kommutatorlamelle 34a im elektrischen Kontakt steht.
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An der zweiten Kommutatorlamelle 34b ist ferner das zweite Spulenpaar 52a des fünften Rotorzahns 46e angeschlossen. Die dritte Kommutatorlamelle 34c und die vierte Kommutatorlamelle 34d ist außer mit der jeweiligen Kurzschlussbrücke 58 direkt mit keinem weiteren Bestandteil des Elektromotors 14, mit Ausnahme der Bürsten 36, elektrisch leitend verbunden. An die fünfte Kommutatorlamelle 34e und die sechste Kommutatorlamelle 34f ist das erste Spulenpaar 52b des zweiten Rotorzahns 46b geführt.
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Folglich ist jedes erste Spulenpaar 52b eines jeden Rotorzahns 46 an zwei benachbarten Kommutatorlamellen 34 angeschlossen. Die die im Uhrzeigersinn erste Kommutatorlamelle 34 ist ferner mit dem zweiten Spulenpaar 52a des im Uhrzeigersinn folgenden Rotorzahns 46 elektrisch kontaktiert ist, und an die im Uhrzeigersinn zweite Kommutatorlamelle 34 ist das zweiten Spulenpaar 52a des im Uhrzeigersinn vorausgehenden Rotorzahns 46 geführt. Zwischen den auf diese Weise gebildeten Paaren von Kommutatorlamellen 34 sind jeweils zwei Lamellen 34, die nicht direkt mit Spulen 52 kontaktiert sind.
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Das nicht dargestellte Ende des Kupferdrahts wird von einer elektrischen Verbindung mit der Zuleitung 56 des zweiten Spulenpaars 52b des zweiten Rotorzahns 46b gebildet, und ist an der elften Kommutatorlamelle 34k angelegt. Dies hat den Vorteil, dass unter jeder Kommutatorlamelle 34 lediglich drei Kupferdrahtbereiche liegen.
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Alternativ hierzu ist, wie in 5 gezeigt, das erste Spulenpaar 52b des ersten Rotorzahns 46a mit der ersten Kommutatorlamelle 34a und der zweiten Kommutatorlamelle 34b elektrisch kontaktiert, und das zweite Spulenpaar 52a des ersten Rotorzahns 46a ist mit der sechsten Kommutatorlamelle 34f und der siebten Kommutatorlamelle 34g elektrisch kontaktiert. Die Spulenpaare der verbleibenden Rotorzähne 46b–46e sind in gleicher Weise mit den Kommutatorlamellen 34 direkt elektrisch kontaktiert. Mit anderen Worten sind die beiden Spulenpaare 52a, 52b jedes Rotorzahns 46 um im Wesentlichen 90° bezüglich der Rotationsachse 24 versetzt angeordnet und mit aneinandergrenzenden Kommutatorlamellen 34 elektrisch kontaktiert. Zwischen den beiden Spulenpaaren 52a, 52b befinden sich in Zählreihenfolge folglich drei, von den den Spulenpaaren 52a, 52b nicht kontaktierte Kommutatorlamellen 34. Mit der zweiten Kommutatorlamelle 34b und der dritten Kommutatorlamelle 34c ist das zweite Spulenpaar 52a des fünften Rotorzahns 46e direkt elektrisch kontaktiert, wobei sich diese Art der Verschaltung fortsetzt. Folglich ist jedes zweite Spulenpaar 52a mit der in Zählreihenfolge letzten Kommutatorlamelle 34, mit der das erste Spulenpaar 52 des nachfolgenden Rotorzahns elektrisch kontaktiert ist, und der darauf direkt folgenden Kommutatorlamelle 34 direkt elektrisch kontaktiert. Insgesamt sind jeweils drei aufeinanderfolgende Kommutatorlamellen 34 mit den Spulen 52 kontaktiert, wobei diese Dreiergruppen von jeweils einer Kommutatorlamelle 34 getrennt werden, die lediglich mit einer Kurzschlussbrücke 58 direkt kontaktiert ist.
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Der Unterschied zwischen den beiden Arten der Kontaktierung der Kommutatorlamellen 34 mit den Spulen 52 ist in der Verwendung der Kurzschlussbrücken 58. Bei der zweiten Art der Verschaltung sind die Spulen 52 mit der auf einer Seite der Rotationsachse 24 liegenden Kommutatorlamelle 34 direkt elektrisch kontaktiert. Bei der ersten Art sind die Spulen 52 zumindest teilweise über die zugehörigen Kurzschlussbrücken 58 mit den gleichen Kommutatorlamelle 34 indirekt elektrisch kontaktiert. Vielmehr sind die Spulen 52 mit einer der Zuleitungen 56 mit einer Kommutatorlamelle 34 kontaktiert, die punktsymmetrisch bezüglich der Rotationsachse 24 zu der ursprünglichen Kommutatorlamelle 34 ist.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kühlerlüfter
- 4
- Kühlernetz
- 6
- Kühlrohr
- 8
- Verbrennungskraftmaschine
- 10
- Fahrtwindrichtung
- 12
- Lüfter
- 14
- Elektromotor
- 16
- Lüfterrad
- 18
- Kühlerzarge
- 20
- Strebe
- 22
- Pol
- 22a
- erste Permanentmagnetengruppe
- 22b
- zweite Permanentmagnetengruppe
- 24
- Rotationsachse
- 26
- Rotor
- 28
- Lager
- 30
- Welle
- 32
- Kommutator
- 34, 34a–34t
- Kommutatorlamelle
- 36
- Büste
- 38
- Feder
- 40
- Drossel
- 42
- Blechpaket
- 44
- axiale Richtung
- 46, 46a–46e
- Rotorzahn
- 48
- Rotornut
- 50
- Pohlschuh
- 52
- Spule
- 52a, b
- Spulenpaar
- 54
- Spulenkörper
- 56
- Zuleitung
- 58
- Kurzschlussbrücke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1621773 A1 [0002]
- DE 60117154 T2 [0004]
