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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In der
US 4,636,107 wird eine elektrische Maschine beschrieben, die an der Innenwand eines Gehäuses zwei sich in Umfangsrichtung über ein Winkelsegment kleiner als 180° erstreckende Permanentmagnete aufweist. Im montierten Zustand ist diametral gegenüberliegend zwischen den jeweiligen, einander zugewandten Umfangsstirnseiten der Permanentmagnete eine Lücke gebildet, in die jeweils eine Haltefeder eingesetzt ist, die in Umfangsrichtung eine Haltekraft ausübt. Die Haltefeder weist einen konvex geformten Wandabschnitt und zwei stirnseitige, umgebogene Kontaktabschnitte auf, die jeweils an den Umfangsstirnseiten der Permanentmagnete anliegen und diese in entgegengesetzte Richtungen mit einer Haltekraft beaufschlagen.
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Bei höherpoligen elektrischen Maschinen erhöht sich entsprechend die Anzahl an Permanentmagneten an der Innenwand des Gehäuses. Für eine hohe Effizienz der elektrischen Maschine ist darauf zu achten, dass die von den Permanentmagneten überdeckte Innenwand des Gehäuses möglichst groß und die Lücken zwischen benachbarten Permanentmagneten möglichst klein sind. Zugleich müssen die Permanentmagnete sicher an der Innenwand fixiert sein.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine elektrische Maschine so auszubilden, dass Magnetfeldelemente an der Innenwand des Gehäuses der elektrischen Maschine sicher gehalten sind und zugleich ein hoher Wirkungsgrad der elektrischen Maschine gegeben ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die erfindungsgemäße elektrische Maschine, bei der es sich vorzugsweise um einen Elektromotor handelt und die als Innenläufer ausgeführt ist, wobei gegebenenfalls auch ein elektrischer Generator in Betracht kommt, weist in einem Gehäuse mindestens zwei Magnetfeldelemente auf, über die ein Magnetfeld erzeugbar ist bzw. die Magnetfeldlinien leiten. Bei den Magnetfeldelementen handelt es sich um Permanentmagnete oder um Polschuhe, welche aus magnetisch leitfähigem Material bestehen. Die Magnetfeldelemente umfassen zumindest zwei Permanentmagnete, gegebenenfalls, bei höherer Poligkeit der elektrischen Maschine, mehr als zwei Permanentmagnete. Polschuhe können optional vorgesehen sein.
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Die elektrische Maschine ist vorzugsweise als Gleichstrommotor ausgeführt. Die elektrische Maschine kann für verschiedene Einsatzzwecke herangezogen werden, beispielsweise als Antriebseinrichtung für eine Scheibenwischervorrichtung in Fahrzeugen. Das Gehäuse der elektrischen Maschine kann gegebenenfalls als ein Polgehäuse ausgebildet sein.
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Zwischen den Magnetfeldelementen, die an der Innenwand des Gehäuses angeordnet sind, befinden sich Lücken, die sich in Achsrichtung des Gehäuses erstrecken und in denen jeweils eine Haltefeder angeordnet ist. Die Haltefeder stützt sich in Umfangsrichtung an den jeweils zugewandten Umfangsstirnseiten der Magnetfeldelemente ab und beaufschlagt diese mit entgegengesetzten Haltekräften in Umfangsrichtung. Zwischen jeweils zwei benachbarten Permanentmagneten besteht eine Lücke zur Aufnahme einer Haltefeder. Soweit Polschuhe als Magnetfeldelemente vorgesehen sind, liegen diese vorzugsweise unmittelbar an den Permanentmagneten an. Polschuhe können an einer Umfangsseite oder an beiden Umfangsseiten eines Permanentmagneten vorgesehen sein. Die Haltefedern stützen sich in diesem Fall an den Umfangsstirnseiten der Polschuhe ab.
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Um den Bauraum zur Aufnahme der Haltefedern in Umfangsrichtung so klein wie möglich zu halten, weist die Haltefeder einen geradlinigen, im eingebauten Zustand in Achsrichtung des Gehäuses verlaufenden Trägerabschnitt auf sowie mindestens zwei am Trägerabschnitt angeordnete Federlaschen, von denen eine erste Federlasche ein Magnetfeldelement an einer Umfangsseite und die zweite Federlasche das Magnetfeldelement an der gegenüberliegenden Umfangsseite mit einer Haltekraft beaufschlagt. Die Federlaschen an dem Trägerabschnitt der Haltefeder beaufschlagen somit in entgegengesetzte Umfangsrichtungen die jeweils anliegenden Magnetfeldelemente mit einer Haltekraft. Dadurch ist zum einen eine sichere Halterung der Magnetfeldelemente an der Innenwand des Gehäuses gewährleistet. Zum andern benötigt die in dieser Weise ausgebildete Haltefeder in Umfangsrichtung nur einen verhältnismäßig kleinen Bauraum, so dass entsprechend schmale Lücken zwischen benachbarten Magnetfeldelementen zur Aufnahme der Haltefeder ausreichen. Insbesondere bei höherpoligen Maschinen mit einer Poligkeit größer als 2 ergibt sich hierdurch der Vorteil, dass in Umfangsrichtung die Bereiche an der Innenwand des Gehäuses, welche frei von Magnetfeldelementen bleiben und zur Aufnahme der Haltefedern dienen, verhältnismäßig klein ist, wodurch der Wirkungsgrad der elektrische Maschine verbessert ist.
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Die Federlaschen sind zweckmäßigerweise einteilig mit dem Trägerabschnitt ausgebildet. Die Federlaschen erzeugen quer zur Ebene des Trägerabschnittes eine Haltekraft, wobei vorteilhafterweise axial aufeinanderfolgende Federlaschen in entgegengesetzte Richtungen jeweils eine Haltekraft auf die zugewandten Umfangsstirnseiten der Magnetfeldelemente ausüben. Alternativ zu einer einteiligen Ausführung der Federlaschen mit dem Trägerabschnitt kommt auch eine Ausbildung der Federlaschen als separate Bauteile in Betracht, die in geeigneter Weise mit dem Trägerabschnitt verbunden sind, beispielsweise über zusätzliche Verbindungselemente.
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Es ist zweckmäßig, dass über die Länge der Haltefeder – in Längsrichtung des Trägerabschnittes gesehen – mehr als zwei Federlaschen am Trägerabschnitt angeordnet sind. Aufeinanderfolgende Federlaschen erzeugen in entgegengesetzte Richtungen jeweils eine Federkraft, so dass über die Länge der Haltefeder mehrere axial beabstandete Kraftangriffspunkte zwischen der Haltefeder und jedem der benachbarten Magnetfeldelemente bestehen und jedes Magnetfeldelement über seine axiale Länge an mehreren Punkten in Umfangsrichtung mit einer Kraft beaufschlagt wird. Die Federlaschen sind in der einteiligen Ausführung mit dem Trägerabschnitt beispielsweise an Haltezähnen, welche vom Trägerabschnitt abragen, angeordnet und nach Art eines Gelenks am Haltezahn in Umfangsrichtung nach außen geschwenkt. Mit dem Einsetzen in die Lücke zwischen benachbarten Magnetfeldelementen werden die seitlich überstehenden Federlaschen in Richtung der Ebene des Trägerabschnittes zurückgebogen, wodurch eine elastische Feder- bzw. Haltekraft in Umfangsrichtung auf die Umfangsstirnseiten der Magnetfeldelemente wirkt.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung liegt im montierten Zustand der Trägerabschnitt an der radial innen liegenden Seite und die Federlaschen radial außen benachbart zur Innenwand des Gehäuses. In Radialrichtung erstreckt sich die Haltefeder nur so weit, dass ein ausreichend großer Luftspalt zum Anker bzw. Rotor der als Innenläufer ausgebildeten elektrischen Maschine gegeben ist.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist an mindestens einer Federlasche ein Rastelement ausgebildet, das im montierten Zustand in eine Hinterschneidung am Magnetfeldelement einragt. Über die Rastverbindung zwischen der Haltefeder und dem Magnetfeldelement ist sichergestellt, dass die Haltefeder im Betrieb ihre Montageposition auch über einen langen Betriebszeitraum beibehält. Das Rastelement an der Federlasche hält die Haltefeder in ihrer radialen Solllage.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das Rastelement an der Federlasche als ein axial überstehender Rastvorsprung ausgebildet. In montierter Position liegt der Rastvorsprung an einer Fase an, die an der radialen Außenseite eines Magnetfeldelementes gebildet ist.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Scheibenwischvorrichtung für ein Fahrzeug,
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2 in schematischer Darstellung eine Antriebseinrichtung für die Scheibenwischvorrichtung, mit einem elektrischen Antriebsmotor, dessen Ankerwelle zur Bewegungsübertragung mit einem Zahnrad kämmt,
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3 in Explosionsdarstellung der elektrische Antriebsmotor,
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4 das Gehäuse des Antriebsmotors im Schnitt, wobei zwischen zwei Permanentmagneten an der Innenwand des Gehäuses eine Haltefeder angeordnet ist,
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5 die Haltefeder in perspektivischer Ansicht,
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6 ein gebogener Permanentmagnet mit einer Fase an der radial außen liegenden Seite.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die in 1 dargestellte Scheibenwischvorrichtung 1 umfasst eine Antriebseinrichtung 3, einen Wischerarm 4 sowie ein am Wischerarm 4 gehaltenes Wischblatt 5, das auf einer Fahrzeugscheibe 2 eines Kraftfahrzeugs aufliegt. Der Antriebsmotor ist als ein Elektromotor ausgeführt. Der Wischerarm 4 ist drehbar gelagert und führt bei einer Betätigung durch den Antriebsmotor eine Drehpendelbewegung aus.
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Wie 2 zu entnehmen, umfasst die Antriebseinrichtung 3 den elektrischen Antriebsmotor 6, der in einem Gehäuse 7, bei dem es sich beispielsweise um ein Polgehäuse handelt, Permanentmagnete 8 aufweist. Die Permanentmagnete 8 befinden sich an der Innenwand des Gehäuses 7 des als Innenläufer ausgebildeten Antriebsmotors. Die Permanentmagnete 8 umschließen einen Anker, der aus einer über einen Kommutator bestrombaren Spule 9 und einer fest mit der Spule 9 verbundenen Anker- bzw. Rotorwelle 10 besteht. Die Rotorwelle 10 trägt auf einem axial außerhalb des Statorgehäuses 7 gelegenen Wellenabschnitt ein Gewinde 11, das mit einem Zahnrad 12 kämmt, welches auf einer Abtriebswelle 13 drehfest angeordnet ist. Das Zahnrad 12 und die Abtriebswelle 13 sind Bestandteil einer Übertragungseinrichtung zum Erzeugen der Wischerarmbewegung.
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In 3 ist der elektrische Antriebsmotor 6 in Explosionsdarstellung gezeigt. Im Ausführungsbeispiel weist der elektrische Antriebsmotor 6 zwei Permanentmagnete 8 auf, die jeweils als Halbschalen ausgebildet sind, welche sich über einen Winkelbetrag kleiner als 180° erstrecken. Im montierten Zustand liegt zwischen den benachbarten Umfangsstirnseiten der beiden Permanentmagnete 8 eine Lücke, in die, wie 4 zu entnehmen, eine Haltefeder 14 eingesetzt ist. Die Haltefeder 14 erstreckt sich vorteilhafterweise in Achsrichtung – bezogen auf die Längsachse des Gehäuses 7 – über die gesamte axiale Länge der Permanentmagnete 8. Über die Haltefeder 14 wird eine Haltekraft in Umfangsrichtung auf die Umfangsstirnseiten der beiden Permanentmagnete 8 ausgeübt. Zwischen den Permanentmagneten 8 bestehen an jeweils beiden Umfangsstirnseiten jeweils Lücken, in die jeweils Haltefedern 14 eingesetzt sind. Die Anzahl der Permanentmagnete bzw. die entsprechende Anzahl an Lücken zwischen den Permanentmagneten hängt von der Poligkeit der elektrischen Maschine ab, wobei gegebenenfalls auch höherpolige elektrische Maschinen vorgesehen sein können.
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In 5 ist die Haltefeder 14 im Detail dargestellt. Die Haltefeder 14 weist einen geradlinigen Trägerabschnitt 15 sowie in Achsrichtung mehrere hintereinanderliegende Federlaschen 16 auf, die jeweils an einem Haltezahn 17 verschwenkbar gehalten sind, wobei die Haltezähne 17 einteilig mit dem Trägerabschnitt 15 ausgebildet sind und sich senkrecht zur Längsachse des Trägerabschnittes 15 erstrecken. Die Gelenkachse, um die die Federlaschen 16 verschwenkbar sind, liegt ebenfalls senkrecht zur Längsachse des Trägerabschnittes 15. Der Trägerabschnitt 15, die Federlaschen 16 und die Haltezähne 17 sind vorzugsweise einteilig ausgebildet und bestehen aus Metall. Die Federlaschen 16 sind im unbelasteten Ausgangszustand seitlich nach links und rechts – bezogen auf die Ebene des Trägerabschnittes 15 – abgebogen. Im eingesetzten Zustand zwischen den beiden Permanentmagneten 8 liegt die freie Stirnseite der seitlich abgebogenen Federlaschen 16 an der jeweiligen Umfangsstirnseite der Permanentmagnete 8 an und beaufschlagt diese mit einer Haltekraft in Umfangsrichtung. Aufeinanderfolgende Federlaschen 16 sind jeweils in entgegengesetzte Richtungen umgebogen.
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Im Bereich der freien Stirnseite weist jede Federlasche 16 einen Rastvorsprung 18 auf, der im montierten Zustand eine Fase 19 (6) am Permanentmagneten 8 hintergreift. Die Haltefeder 14 ist in der Weise in die Lücke zwischen benachbarten Permanentmagneten 8 eingesetzt, dass die Federlaschen 16 benachbart zur Innenwand des Gehäuses 7 liegen und der Trägerabschnitt 15 radial nach innen einragt. Die Fase 19 liegt an der Außenseite der Permanentmagnete 8, so dass mit dem Hintergreifen der Fase 19 durch den Rastvorsprung 18 an der Federlasche 16 die Haltefeder 14 in Radialrichtung formschlüssig an den Permanentmagneten 8 gehalten ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass während des Betriebs die Haltefeder 14 sich versehentlich aus der Lücke zwischen benachbarten Permanentmagneten 8 löst und radial nach innen rutscht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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