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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft einen Gleichstrommotor (DC-Motor) des Kommutatortyps und insbesondere die Läuferwicklung eines solchen Motors.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Insbesondere ist der Gegenstand vorliegender Erfindung ein Gleichstrommotor des Typs mit einem gewickelten Läufer, der mindestens zwei Polpaare hat, ein Lamellenpaket, das eine gerade Anzahl von Schlitzen definiert, mindestens gleich acht, und mit dem ein Kommutator mit einer geraden Anzahl von Segmenten und eine geschlossene, verteilte Wicklung verbunden sind, deren Drähte sich in den Schlitzen erstrecken und in einer vorgegebenen Weise mit den Segmenten des Kommutators verbunden sind.
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Bei derartigen Motoren gemäß dem Stand der Technik ist die Läuferwicklung typisch eine Schleifenwicklung oder eine Wellenwicklung.
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Die Schleifenwicklung wird bei Anwendungen mit niedriger Spannung und hohen Stromstärken allgemein bevorzugt. Dieser Motortyp kann zum Beispiel als Kühlgebläsemotor in einem Fahrzeug verwendet werden.
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Diese Motortypen erfordern jedoch große Mengen an Kupfer und eine große Anzahl von Bürsten und diesbezüglichen Zubehörteilen in dem Bürstenhalter. Aus diesem Grund ist ein solcher Motor relativ schwer.
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Bei Wellenwicklungen ist aufgrund der Wicklungsfolge die Anzahl der Läuferzähne und der Kommutatorsegmente begrenzt. Der Kommutatorschritt Yc muss gleich C ± 1/P sein, wobei C die Anzahl der Segmente und P die Anzahl von Polpaaren ist. Bei einem 4-poligen Motor mit achtzehn Segmenten zum Beispiel ergibt die Gleichung für Yc (18 ± 1)/2 oder 17/2 oder 19/2, also keine ganze Zahl, weshalb eine Wellenwicklung nicht möglich ist.
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Was jedoch das Gewicht und die Konstruktion von Motoren mit mehr als einem Polpaar betrifft, z. B. mit 4 Polen, 6 Polen, 8 Polen etc., kann die Wellenwicklung gegenüber der Schleifenwicklung bestimmte Vorteile aufweisen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Aus diesem Grund wird ein Motor gewünscht, dessen Läufer in ähnlicher Weise wie eine Wellenwicklung auf einem Läuferkern gewickelt ist, der eine Anzahl von Zähnen oder Kommutatorsegmenten hat, die nicht mit einer echten Wellenwicklung kompatibel ist.
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Dementsprechend wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Gleichstrommotor mit mindestens zwei Polpaaren angegeben, umfassend: einen Läufer mit einem Lamellenpaket, das eine gerade Anzahl von Schlitzen definiert, mindestens gleich acht, einem Kommutator mit einer geraden Anzahl von Segmenten und einer geschlossenen verteilten Läuferwicklung, deren Draht sich in den Schlitzen erstreckt und in einer vorgegebenen Weise mit den Segmenten des Kommutators verbunden ist; und einen Bürstenträger zur Übertragung von elektrischer Energie über den Kommutator zu den Läuferwicklungen, wobei die Läuferwicklung einen einzelnen Wicklungsabschnitt des Schleifentyps umfasst, der mit zwei aufeinanderfolgenden Segmenten des Kommutators verbunden ist, und in Reihe mit diesem Wicklungsabschnitt eine Mehrzahl von Wicklungsabschnitten des Wellentyps, wobei die Wicklungsabschnitte all eine identische Anzahl von Schlitzen umfassen.
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Vorzugsweise ist der Wicklungsabschnitt des Schleifentyps der erste, der bei der Herstellung der Wicklung des Läufers gebildet wird.
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Vorzugsweise hat der Motor zwei Polpaare, achtzehn Schlitze und achtzehn Segmente, und jeder Wicklungsabschnitt der Läuferwicklung erstreckt sich über drei Schlitze.
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Vorzugsweise hat der Bürstenträger lediglich zwei Bürsten, die mit dem Kommutator zusammenwirken.
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Vorzugsweise umfasst die Wicklung einen isolierten Einzeldraht.
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Vorzugsweise ist die Anzahl von Segmenten gleich der Anzahl von Schlitzen des Läufers.
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Vorzugsweise ist die Anzahl von Wicklungsabschnitten gleich der Anzahl von Segmenten.
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Vorzugsweise beträgt die Anzahl von Wicklungsabschnitten des Schleifentyps eins.
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Aus herstellungstechnischer Sicht ist es besonders vorteilhaft, wenn der vorgenannte Wicklungsabschnitt des Schleifentyps bei der Herstellung der Läuferwicklung als erster gebildet wird.
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In einer beispielhaften Ausführungsform hat der Motor zwei Polpaare, der Läufer achtzehn Schlitze und der Kommutator achtzehn Segmente, und jeder Abschnitt der Läuferwicklung erstreckt sich über drei Schlitze. Der Bürstenhalter eines derartigen Motors kann mit nur zwei Bürsten ausgebildet werden, die mit dem Kommutator zusammenwirken, wodurch das Gewicht und die Materialkosten des Motors weiter reduziert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr anhand eines Beispiels erläutert, wobei auf die Figuren der anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, tragen in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, die gleichen Bezugszeichen. Die Dimensionen von Komponenten und Merkmalen, die in den Figuren dargestellt sind, sind allgemein im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren sind im Folgenden aufgelistet.
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1 ist eine perspektivische Ansicht des Läufers eines Gleichstrommotors mit Kommutator gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine Ansicht des Läufers von 1, wobei die Läuferwicklungen entfernt wurden;
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3 ist eine linearisierte schematische Darstellung des Läufers von 1, die einen Ausführungsplan der Läuferwicklung zeigt; und
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4 ist eine Darstellung des montierten Motors, in dem der Läufer von 1 eingebaut ist.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein Gleichstrommotor 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 4 gezeigt. Der Motor 10 hat ein Gehäuse 12, das zur Darstellung des Inneren des Gehäuses bei abgenommener Abdeckung oder Endkappe gezeigt ist. Vier Magnete 14 sind an einer Innenfläche des Gehäuses befestigt, um vier Ständerpole zu bilden. Der Läufer 1 ist in dem Gehäuse drehbar gelagert und hat eine Welle 16, die in Lagern 17 (wovon nur eines gezeigt ist) montiert ist, die an den Endkappen des Gehäuses befestigt sind.
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Der Läufer 1 des Motors 10 ist in 1 detaillierter dargestellt. Der Läufer hat einen Läuferkern, der durch ein Paket von Lamellen 2 gebildet wird, die deutlicher in 2 zu sehen sind.
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Das Paket von Lamellen 2 hat eine asymmetrische Konfiguration. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige Konfiguration beschränkt, da das Lamellenpaket auch symmetrische Konfigurationen eines an sich bekannten Typs aufweisen kann. Das Paket von Lamellen 2 in der dargestellten Ausführungsform definiert eine gerade Anzahl von Zähnen 2a, zwischen denen eine gleiche Anzahl von Schlitzen 2b definiert ist. Umfangsseitig haben die Zähne 2a vorzugsweise die gleiche Winkelausdehnung. Das Gleiche gilt für die Schlitze 2b.
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Der Läufer 1 umfasst auch eine geschlossene verteilte Wicklung, die insgesamt mit Bezugsziffer 5 in 1 bezeichnet ist. Diese Wicklung ist mit einem isolierten Elektrodraht hergestellt, der sich in den Schlitzen 2b des Pakets von Lamellen 2 erstreckt und in einer vorgegebenen Weise mit den Segmenten 4 des Kommutators 3 verbunden ist.
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3 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Wicklung 5 gemäß der Erfindung. Die schematische Darstellung von 3 bezieht sich insbesondere auf den Läufer eines Elektromotors mit zwei Polpaaren, bei dem der Läufer einen Läuferkern hat, der durch ein Paket von Lamellen 2 gebildet ist, das achtzehn Zähne 2a definiert, die mit den Buchstaben A bis S gekennzeichnet sind, und mit einem Kommutator 3, der achtzehn Segmente 4 hat, die mit den Symbolen s1 bis s18 gekennzeichnet sind.
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In der beispielhaften Ausführungsform von 3 ist die Wicklung 5 durch einen isolierten Draht W gebildet, der an dem mit s1 bezeichneten Kommutatorsegment beginnt und zur Bildung eines ersten Wicklungsabschnitts S1 des Schleifentyps derart weitergeführt ist, dass er beispielsweise zehn Windungen um eine Gruppe von Zähnen A–D des Pakets von Lamellen 2 des Läufers bildet. Insbesondere umfassen die Windungen in dem Wicklungsabschnitt S1 aktive Abschnitte ap1 und ap2, die sich jeweils in Schlitzen zwischen den Zähnen S und A und zwischen den Zähnen D und E erstrecken, sowie Abschnitte einer stirnseitigen Verbindung oder Köpfe h1 und h2.
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Nach Fertigstellung des Abschnitts oder der Wicklung S1 des Schleifentyps wird der aus diesem Wicklungsabschnitt hervortretende Draht W mit dem mit s2 bezeichneten Kommutatorsegment verbunden und läuft dann weiter, um den darauffolgenden Wicklungsabschnitt des Wellentyps zu bilden.
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Wie insbesondere in 3 gezeigt ist, verläuft der von Segment s2 des Kommutators ausgehende Leiterdraht W weiter, um einen zweiten Wicklungsabschnitt S2 um die Gruppe der Zähne K–N zu bilden, mit aktiven Abschnitten ap1 und ap2 jeweils in den Schlitzen zwischen den Zähnen 1 und K und zwischen den Zähnen N und O und mit stirnseitigen Verbindungen oder Köpfen, die wiederum mit h1 und h2 angegeben sind.
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Nach Fertigstellung des Wicklungsabschnitts S2 wird der hervortretende Leiterdraht W mit dem mit s11 bezeichneten Kommutatorsegment verbunden und von dort weitergeführt, um einen weiteren Wicklungsabschnitt S3, ebenfalls des Wellentyps, zu bilden. Wie die Abschnitte S2 und S1 umfasst auch der Wicklungsabschnitt S3 eine Gruppe von vier Zähnen B–E des Pakets von Lamellen 2 und hat aktive Abschnitte ap1 und ap2, die sich jeweils zwischen den Zähnen A und B und zwischen den Zähnen E und F erstrecken.
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Nach dem Verlassen des Wicklungsabschnitts S3 wird der Leiterdraht W mit dem Segment s3 verbunden und von dort weitergeführt, um einen nächsten Wicklungsabschnitt S4, ebenfalls des Wellentyps, zu bilden.
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Der Wicklungsabschnitt S4 umfasst ebenfalls eine Gruppe von vier Zähnen L–O des Pakets von Lamellen 2 und hat aktive Abschnitte ap1 und ap2, die sich jeweils in den Schlitzen zwischen den Zähnen K und L und zwischen den Zähnen O und P erstrecken. Nach dem Verlassen des Wicklungsabschnitts S4 wird der Leiterdraht W mit dem Segment s12 des Kommutators verbunden.
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Die Herstellung der Läuferwicklung 5 wird dann mit der Bildung von mehreren Wicklungsabschnitten des Wellentyps fortgesetzt, bis der Draht W erneut das mit s1 bezeichnete Kommutatorsegment erreicht, wobei die Schritte jenen der vorstehend beschriebenen Wicklungsabschnitte S2–S4 des Wellentyps entsprechen.
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Bei einer Läuferwicklung 5, die in Übereinstimmung mit dem Schema von 3 hergestellt wird, kann der dem Kommutator 3 zugeordnete Bürstenhalter in angemessener Weise mit lediglich zwei Bürsten und damit verbundenen Zubehörelementen (Führungsgehäuse, Federn, Verbindungsgeflechten etc.) ausgebildet werden, wodurch eine beachtliche Kosteneinsparung und Gewichtsreduzierung erreicht werden.
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Verglichen mit einer üblichen Wicklung, die durchgehend eine Schleifenwicklung ist, erlaubt die Läuferwicklung 5 gemäß vorliegender Erfindung eine erhebliche Einsparung von Kupfer, die etwa 25 Gew.-% (Gewichtsprozent) ausmacht. Dies zeigt sich in einem schätzenswerten wirtschaftlichen Vorteil und in einer angemessenen Gewichtsreduzierung.
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Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Abwandlungen in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung sind in einem einschließenden Sinne zu verstehen. Sie geben an, dass das genannte Element vorhanden ist, schließen jedoch nicht aus, dass noch weitere Elemente vorhanden sind.
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Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedenen Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzrahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.
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Obwohl die Wicklung bevorzugt mit einem Einzeldraht hergestellt ist, könnte diese beispielsweise auch mit zwei oder mehr Drähten parallel oder mit zwei oder mehr Drähten, die in Reihe geschaltet sind und sich zwischen den jeweiligen Segmentpaaren des Kommutators erstrecken, hergestellt sein.
