DE102015122971A1

DE102015122971A1 - Gleichstrombürstenmotor

Info

Publication number: DE102015122971A1
Application number: DE102015122971.4A
Authority: DE
Inventors: Fei Liu; Rui Feng Quin
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric International AG
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2015-12-30
Publication date: 2016-07-28
Also published as: CN105990965A; DE102015122971A8; US20160190889A1; CN105990966A

Abstract

Ein Gleichstrombürstenmotor hat einen Stator und einen Rotor. Der Stator hat 2P Magnetpole, wobei P eine ganze Zahl größer als 1 ist. Der Rotor hat eine Welle (81), einen Rotorkern (85), einen Kommutator (83) und eine Wicklung (87). Der Rotorkern hat m × P Zähne (T), wobei m eine ganze Zahl größer als 2 ist. Die Wicklung umfasst mehrere Spulenwicklungen, die an den Zähnen ausgeführt und mit den Segmenten des Kommutators elektrisch verbunden sind. Der Kommutator hat 2m × P Segmente (S), wobei die 2m × P Segmente in 2m Gruppen unterteilt sind, jede Gruppe P Segmente hat und die P Segmente durch einen Ausgleicher verbunden sind. Der Ausgleicher für mindestens eine Gruppe der 2m Gruppen von Segmenten und sämtliche Spulenwicklungen sind durch einen einzigen Wickeldraht gebildet, der fortlaufend gewickelt ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Elektromotoren und insbesondere einen Gleichstrom-(DC)-Bürstenmotor.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein üblicher Gleichstrombürstenmotor hat einen Stator und einen Rotor. Der Rotor hat eine Welle, einen an der Welle befestigten Kommutator, einen an der Welle befestigten Rotorkern und eine um den Rotorkern herumgeführte und mit Segmenten des Kommutators elektrisch verbundene Wicklung. Der Stator hat elektrische Bürsten für einen elektrischen Gleitkontakt mit den Segmenten, wodurch die Wicklung mit Strom versorgt wird.
Zum Verringern der Anzahl elektrischer Bürsten ist dem Kommutator normalerweise ein Ausgleicher hinzugefügt, und mehrere Segmente, die mit demselben Ausgleicher verbunden sind, sind äquipotential. Wenn daher eines der mehreren Segmente von einer Bürste kontaktiert wird, ist dies gleichbedeutend damit, dass sämtliche dieser mehreren Segmente von der Bürste kontaktiert werden.
Übliche Kommutatoren mit einem Ausgleicher haben eine komplexe Konstruktion, und die Produktionsleistung ist gering.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aus diesem Grund wird ein Gleichstrombürstenmotor gewünscht, der eine bessere Wicklungs- und Ausgleicheranordnung aufweist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Gleichstrombürstenmotor angegeben, umfassend: einen Stator mit 2P Magnetpolen, wobei P eine ganze Zahl größer als 1 ist; einen Rotor, der an dem Stator drehbar montiert ist, wobei der Rotor eine Welle, einen an der Welle befestigten Rotorkern, einen Kommutator und eine Wicklung hat; wobei der Rotorkern m × P Zähne hat, wobei m eine ganze Zahl größer als 2 ist; wobei der Kommutator 2m × P Segmente hat; wobei die Wicklung mehrere Spulenwicklungen umfasst, die an den Zähnen ausgeführt und mit einem jeweiligen Segment elektrisch verbunden sind, wobei die 2m × P Segmente in 2m Gruppen unterteilt sind, wobei jede Gruppe P Segmente hat, wobei die P Segmente über einen Ausgleicher der Reihe nach leitend verbunden sind und wobei der Ausgleicher für wenigstens eine Gruppe der 2m Gruppen von Segmenten und sämtliche Spulenwicklungen durch einen fortlaufenden Wickeldraht gebildet sind.
Vorzugsweise bildet jeder der Ausgleicher einen geschlossenen Kreis.
Vorzugsweise sind sämtliche Ausgleicher und sämtliche Spulenwicklungen des Rotors durch einen fortlaufenden Wickeldraht gebildet.
Vorzugsweise werden einige der Spulenwicklungen und sämtliche Ausgleicher Im Wechsel und die restlichen Spulenwicklungen nacheinander gebildet.
Vorzugsweise ist jede der Spulenwicklungen an einem jeweiligen Zahn ausgeführt, und zwei Enden jeder Spulenwicklung sind um einen mechanischen Winkel von 90 Grad um die Welle herumgewickelt und jeweils an zwei entsprechenden Segmenten eingehängt.
Vorzugsweise weisen zwei nacheinander gebildete Spulenwicklungen entgegengesetzte Wickelrichtungen auf, wobei eine der Spulenwicklungen im Uhrzeigersinn und die andere der Spulenwicklungen gegen den Uhrzeigersinn ausgeführt ist.
Vorzugsweise sind zwei Spulenwicklungen an jedem der Zähne ausgeführt, und die beiden Spulenwicklungen weisen entgegengesetzte Wickelrichtungen auf.
Vorzugsweise umfasst jede der Spulenwicklungen P Teilspulen. Die P Teilspulen sind jeweils an den P Zähnen des Rotors gewickelt; und ein Abstand zwischen zwei benachbarten Teilspulen der P Teilspulen ist ein geradzahliges Vielfaches einer Polteilung.
Vorzugsweise ist jedes der Segmente direkt mit den beiden Spulenwicklungen verbunden, und die beiden Spulenwicklungen weisen entgegengesetzte Wickelrichtungen auf.
Vorzugsweise hat der Stator zwei elektrische Bürsten, die sich mit den Segmenten des Kommutators in elektrischem Kontakt befinden, und durch die Wicklung des Rotors werden sechs parallele Zweige gebildet, die mit den beiden elektrischen Bürsten zu verbinden sind.
Alternativ hat der Stator zwei elektrische Bürsten, die sich mit dem Kommutator in elektrischem Kontakt befinden, und durch die Wicklung des Rotors werden zwei parallele Zweige gebildet, die mit den beiden elektrischen Bürsten zu verbinden sind.
Vorzugsweise sind einige der Segmente mit den beiden Spulenwicklungen direkt verbunden, und die beiden Spulenwicklungen weisen entgegengesetzte Wickelrichtungen auf.
Vorzugsweise ist P gleich 3 und m ist gleich 3.
Vorzugsweise wird für die elektrischen Bürsten und für den Kommutator des Stators folgender Vergleichsausdruck erfüllt:
wobei W_b eine Breite der elektrischen Bürste in einer Drehrichtung des Kommutators angibt;
D_c einen Außendurchmesser des Kommutators angibt; und
δ eine Breite eines Spalts zwischen zwei benachbarten Segmenten des Kommutators angibt.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Ausgleicher durch den Wickeldraht gebildet werden, und es sind zumindest einige der Ausgleicher und sämtliche Wicklungsspulen durch eine fortlaufende Wicklung des Wickeldrahts ohne Abschneiden des Drahts gebildet, wodurch die Wickelleistung verbessert wird. Bestimmte Ausführungsformen verringern die Anzahl der Wicklungen an einem Haken des Segments zum Verbinden des Ausgleichers und der Spulenwicklung, was für die Anbringung des Drahts an den Segmenten vorteilhaft ist.
Im Folgenden wird vorliegende Erfindung mit Bezug auf einen Permanentmagnet-Gleichstrombürstenmotor mit sechs Polen und neun Schlitzen als Beispiel beschrieben, wobei vorliegende Erfindung nicht auf den Gleichstrombürstenmotor mit sechs Polen und neun Schlitzen beschränkt ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Zeichnungsfigur erscheinen, sind in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, grundsätzlich identisch gekennzeichnet. Die Dimensionen von Komponenten und Merkmalen sind im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Die Figuren sind nachstehend aufgelistet.
1 ist eine auseinandergezogene isometrische Darstellung eines Permanentmagnet-Gleichstrombürstenmotors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt einen Rotor des Motors von 1;
3 zeigt ein Wickelschema für den Rotor von 2;
4 ist eine schematische Ansicht der Rotorwicklung von 3 von oben, die einem Kern des Rotors aufgeprägt ist;
5 ist eine Wickeltabelle für die Rotorwicklung von 3;
6 zeigt ein Wickelschema für einen Rotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 ist eine schematische Ansicht der Rotorwicklung von 6 von oben; und
8 ist eine Wickeltabelle für den Rotor von 6;
DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird auf 1 und 2 Bezug genommen. Der Motor gemäß der ersten Ausführungsform hat einen Stator und einen Rotor.
Der Stator hat ein Gehäuse 71, eine Anzahl von Permanentmagneten 72, die an einer Innenwand des Gehäuses montiert sind, eine Endkappe 76, die an einem offenen Ende des Gehäuses montiert ist, ein Lager 74, das an dem Gehäuse 71 montiert ist, und ein Lager 75, das an der Endkappe 76 montiert ist. Durch die Permanentmagnete 72 werden sechs Magnetpole gebildet. P ist gleich 3 (d. h. 2P ist gleich 6) in dieser Ausführungsform, wobei P die Anzahl der Polpaare des Motors angibt.
Der Rotor hat eine Welle 81, einen Kommutator 83, der an der Welle 81 befestigt ist, einen Rotorkern 85 und eine Wicklung 87. Die Welle 81 ist in den Lagern 74 und 75 drehbar gelagert, so dass sich der Rotor relativ zu dem Stator drehen kann.
Es wird auf 3 und 4 Bezug genommen. Der Rotorkern 85 hat neun Zähne T1 bis T9, und eine Wicklungsnut für die Aufnahme von Spulen der Wicklung 87 ist zwischen benachbarten Zähnen gebildet. In dieser Ausführungsform ist die Anzahl der Zähne des Rotors ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl von Polpaaren des Stators. P ist gleich 3, und m ist ebenfalls gleich 3, wobei m × P die Anzahl von Zähnen des Rotors angibt.
In dieser Ausführungsform hat der Kommutator achtzehn Segmente 83, und die Anzahl der Segmente 83 beträgt das Zweifache der Anzahl von Zähnen, die dem Sechsfachen der Anzahl P von Polpaaren entspricht.
Nachstehend werden die Rotorwicklung und ein Ausgleicher bei dem Kommutator 83 gemäß der Ausführungsform in Verbindung mit 3, 4 und 5 erläutert. In 3 bezeichnen zwei rechteckige Felder in der ersten Reihe zwei elektrische Bürsten des Stators, wobei die Polarität einer elektrischen Bürste positiv und die Polarität der anderen elektrischen Bürste negativ ist. Rechteckige Felder in der zweiten Reihe bezeichnen achtzehn Segmente S1 bis S18 des Kommutators 83. Es ist zu beachten, dass sich eines der Segmente in 3 wiederholt. Rechteckige Felder, die in der dritten Reihe angeordnet sind, bezeichnen neun Zähne T1 bis T9 des Rotors. Felder, die zwischen den Zähnen angeordnet sind, bezeichnen sechs Magnetpole des Stators, der drei N-Pole und drei S-Pole hat, wobei die N-Pole und die S-Pole alternierend angeordnet sind.
In der ersten Ausführungsform, in der die Anzahl von Segmenten zum Messen der Polteilung verwendet wird (die Polteilung bezieht sich auf einen Abstand zwischen einem S-Pol und einem N-Pol, die einander benachbart sind) entspricht ein Polabstand drei Segmenten (d. h. 18/6 ist gleich drei). Dem Fachmann ist bekannt, dass Segmente in einem Abstand von zwei (oder einem ganzzahligen Vielfachen von 2) Polteilungen Äquipotentialsegmente sind, mit anderen Worten: Äquipotentialsegmente entsprechen dem Permanentmagnet 72 desselben Magnetpols. In dieser Ausführungsform sind Äquipotentialsegmente durch sechs Segmente getrennt, wobei die Anzahl der Segmente einen Abstand zwischen den Äquipotentialsegmenten angibt. Zum Beispiel sind die Segmente S1, S7 und S13 eine Gruppe von Äquipotentialsegmenten. Ähnlich sind die Segmente S2, S8 und S14 eine Gruppe von Äquipotentialsegmenten, die Segmente S3, S9 und S15 sind eine Gruppe von Äquipotentialsegmenten, die Segmente S4, S10 und S16 sind eine Gruppe von Äquipotentialsegmenten, die Segmente S5, S11 und S17 sind eine Gruppe von Äquipotentialsegmenten, und die Segmente S6, S12 und S18 sind eine weitere Gruppe von Äquipotentialsegmenten. Jede Gruppe von Äquipotentialsegmenten hat drei (gleich der Anzahl P von Polpaaren) Segmente. Diese achtzehn Segmente sind in sechs Gruppen unterteilt (18/P). Bei einem Motor mit 2P Magnetpolen und 2m × P Segmenten können die Segmente in 2m Gruppen unterteilt sein, und jede Gruppe hat P Äquipotentialsegmente.
In der ersten Ausführungsform wird der Wickeldraht an dem Segment S1 eingehängt. Danach wird der Wickeldraht der Reihe nach an dem Segment S7 und an dem Segment S13 eingehängt und zu dem Segment S1 zurückgeführt. Auf diese Weise wird ein geschlossener Ausgleicher gebildet, mit dem die Segmente S1, S7 und S13 kurzgeschlossen werden.
Als nächstes wird der Wickeldraht von dem Segment S1 mit mehreren Windungen im Uhrzeigersinn um den Zahn T1 gewickelt. Danach wird der Wickeldraht an dem Segment S14 eingehängt, wodurch eine Spulenwicklung gebildet wird, von der zwei Enden jeweils mit dem Segment S1 und dem Segment S14 elektrisch verbunden werden. In der Ausführungsform erstrecken sich die Enden der Spulenwicklung, die um den Zahn T1 herumgewickelt sind, um einen mechanischen Winkel von 90 Grad um die Welle und sind jeweils von den gegenüberliegenden Seiten der Welle an den beiden Segmenten S1 und S14 eingehängt. Daher liegen die beiden Enden der Spulenwicklung in der Nähe der Welle (siehe 4).
Als nächstes wird der Wickeldraht von dem Segment S14 nacheinander an dem Segment S2 und an dem Segment S8 eingehängt und zu dem Segment S14 zurückgeführt, wodurch ein zweiter geschlossener Ausgleicher gebildet wird, mit dem das Segment S2, das Segment S8 und das Segment S14 elektrisch zusammengeschaltet werden.
Als nächstes wird der Wickeldraht von dem Segment S14 mit mehreren Windungen gegen den Uhrzeigersinn um den Zahn T9 herumgewickelt und dann an dem Segment S15 eingehängt, wodurch eine Spulenwicklung gebildet wird. Enden der Spulenwicklung werden um einen mechanischen Winkel von 90 Grad um die Welle herumgewickelt und von den Seiten der Welle jeweils an den zwei Segmenten S14 und S15 eingehängt (siehe 4).
In ähnlicher Weise wird der Wickeldraht von dem Segment S15 nacheinander an dem Segment S3 und an dem Segment S9 eingehängt und zu dem Segment S15 zurückgeführt, wodurch ein geschlossener Ausgleicher gebildet wird, mit dem die Segmente S15, S3 und S9 elektrisch zusammengeschaltet werden.
Als nächstes wird der Wickeldraht von dem Segment S15 mit mehreren Windungen um den Zahn T8 herumgewickelt und dann an dem Segment S10 eingehängt, wodurch eine Spulenwicklung gebildet wird. Ähnlich wie bei der Spulenwicklung, die im Uhrzeigersinn an dem Zahn T1 ausgeführt ist, werden zwei Enden der Spulenwicklung um einen mechanischen Winkel von 90 Grad um die Welle herumgewickelt und von gegenüberliegenden Seiten der Welle jeweils an den beiden Segmenten S15 und S10 eingehängt. Ferner liegt ein mechanischer Winkel, der durch die Enden der Spulenwicklung gebildet wird, die sich um die Spule herum erstrecken, in einem Bereich von 90 Grad bis 180 Grad.
Als nächstes wird der Wickeldraht von dem Segment S10 nacheinander an dem Segment S16 und an dem Segment S4 eingehängt und zu dem Segment S10 zurückgeführt, wodurch ein geschlossener Ausgleicher gebildet wird, mit dem die Segmente S10, S16 und S4 elektrisch zusammengeschaltet werden.
Als nächstes wird der Wickeldraht von dem Segment S10 mit mehreren Windungen gegen den Uhrzeigersinn um den Zahn T7 herumgewickelt und dann an dem Segment S11 eingehängt, wodurch eine Spulenwicklung gebildet wird.
Als nächstes wird der Wickeldraht von dem Segment S11 nacheinander an dem Segment S17 und an dem Segment S5 eingehängt und zu dem Segment S11 zurückgeführt, wodurch ein geschlossener Ausgleicher gebildet wird, mit dem die Segmente S11, S17 und S5 elektrisch zusammengeschaltet werden.
Als nächstes wird der Wickeldraht von dem Segment S11 mit mehreren Windungen im Uhrzeigersinn um den Zahn T6 herumgewickelt und dann an dem Segment S6 eingehängt, wodurch eine Spulenwicklung gebildet wird.
Als nächstes wird der Wickeldraht von dem Segment S6 nacheinander an dem Segment S12 und an dem Segment S18 eingehängt und zu dem Segment S6 zurückgeführt, wodurch ein geschlossener Ausgleicher gebildet wird, mit dem die Segmente S6, S12 und S18 elektrisch zusammengeschaltet werden.
Als nächstes wird der Wickeldraht von dem Segment S6 mit mehreren Windungen gegen den Uhrzeigersinn um den Zahn T5 herumgewickelt und dann an dem Segment S7 eingehängt, wodurch eine Spulenwicklung gebildet wird.
Da sämtliche Ausgleicher fertig gewickelt sind, werden nunmehr der Reihe nach die restlichen Spulenwicklungen gebildet. Insbesondere wird der Wickeldraht von dem Segment S7 mit mehreren Windungen im Uhrzeigersinn um den Zahn T4 herumgewickelt und dann an dem Segment S2 eingehängt, wodurch eine Spulenwicklung gebildet wird. Der Wickeldraht wird von dem Segment S2 mit mehreren Windungen gegen den Uhrzeigersinn um den Zahn T3 herumgewickelt und dann an dem Segment S3 eingehängt, wodurch eine Spulenwicklung gebildet wird. Der Wickeldraht wird von dem Segment S3 mit mehreren Windungen im Uhrzeigersinn um den Zahn T2 herumgewickelt und dann an dem Segment S16 eingehängt, wodurch eine Spulenwicklung gebildet wird. Der Wickeldraht wird von dem Segment S16 mit mehreren Windungen gegen den Uhrzeigersinn um den Zahn T1 herumgewickelt und dann an dem Segment S17 eingehängt, wodurch eine Spulenwicklung gebildet wird.
Der Wickeldraht wird von dem Segment S17 mit mehreren Windungen im Uhrzeigersinn um den Zahn T9 herumgewickelt und dann an dem Segment S12 eingehängt, wodurch eine Spulenwicklung gebildet wird. Der Wickeldraht wird von dem Segment S12 mit mehreren Windungen gegen den Uhrzeigersinn um den Zahn T8 herumgewickelt und dann an dem Segment S13 eingehängt, wodurch eine Spulenwicklung gebildet wird. Der Wickeldraht wird von dem Segment S13 mit mehreren Windungen im Uhrzeigersinn um den Zahn T7 herumgewickelt und dann an dem Segment S8 eingehängt, wodurch eine Spulenwicklung gebildet wird. Der Wickeldraht wird von dem Segment S8 mit mehreren Windungen gegen den Uhrzeigersinn um den Zahn T6 herumgewickelt und dann an dem Segment S9 eingehängt, wodurch eine Spulenwicklung gebildet wird.
Der Wickeldraht wird von dem Segment S9 mit mehreren Windungen im Uhrzeigersinn um den Zahn T5 herumgewickelt und dann an dem Segment S4 eingehängt, wodurch eine Spulenwicklung gebildet wird. Der Wickeldraht wird von dem Segment S4 mit mehreren Windungen gegen den Uhrzeigersinn um den Zahn T4 herumgewickelt und dann an dem Segment S5 eingehängt, wodurch eine Spulenwicklung gebildet wird. Der Wickeldraht wird von dem Segment S5 mit mehreren Windungen im Uhrzeigersinn um den Zahn T3 herumgewickelt und dann an dem Segment S18 eingehängt, wodurch eine Spulenwicklung gebildet wird. Der Wickeldraht wird von dem Segment S18 mit mehreren Windungen gegen den Uhrzeigersinn um den Zahn T2 herumgewickelt und dann an dem Segment S7 eingehängt, wodurch eine Spulenwicklung gebildet wird. Dass ein Ende der Spulenwicklung an dem Zahn T2 mit dem Segment S1 verbunden ist, ist gleichbedeutend damit, dass ein Ende der Spulenwicklung an dem Zahn T2 in einem Schaltkreis mit dem Segment S7 verbunden ist, da das Segment S7 und das Segment S1 äquipotential sind.
Wie vorstehend erläutert wurde, sind in der ersten Ausführungsform sämtliche Ausgleicher für den Rotor und sämtliche Spulenwicklungen des Rotors durch das fortlaufende Wickeln eines einstückigen Wickeldrahts gebildet, ohne den Wickeldraht abzuschneiden, wodurch die Produktionsleistung erheblich verbessert wird.
In dieser Ausführungsform werden die Ausgleicher und einige der Spulenwicklungen im Wechsel gebildet. Die restlichen Spulenwicklungen werden nacheinander gebildet, sobald die Ausgleicher fertiggestellt sind.
In dieser Ausführungsform weisen zwei beliebige Spulenwicklungen, die nacheinander gebildet wurden, entgegengesetzte Wickelrichtungen auf, wobei eine der Spulenwicklungen im Uhrzeigersinn und die andere der Spulenwicklungen gegen den Uhrzeigersinn gebildet ist.
In dieser Ausführungsform sind zwei Spulenwicklungen an jedem der Zähne ausgeführt, und die beiden Spulenwicklungen an einem einzelnen Zahn weisen entgegengesetzte Wickelrichtungen auf.
In dieser Ausführungsform ist jedes der Segmente direkt mit den beiden Spulenwicklungen verbunden, und die beiden Spulenwicklungen weisen entgegengesetzte Wickelrichtungen auf.
Obwohl bei dem Motor nur zwei elektrische Bürsten verwendet werden, werden in dieser Ausführungsform durch die Rotorwicklung sechs parallele Zweige gebildet, die unter Zusammenwirken mit dem Ausgleicher mit den beiden elektrischen Bürsten parallelzuschalten sind.
Es wird auf 6, 7 und 8 Bezug genommen. Ein Motor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat einen Stator mit sechs Magnetpolen (d. h. 2P ist gleich 6) und zwei elektrischen Bürsten, einen Rotor mit neun Zähnen T1 bis T9 (d. h. m × P ist gleich 9) und einen Kommutator mit achtzehn Segmenten S1 bis S18 (d. h. 2m × P ist gleich 18). In der zweiten Ausführungsform werden die Ausgleicher nach wie vor durch einen Wickeldraht der Wicklung gebildet. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehenden ersten Ausführungsform dadurch, dass jede der Spulenwicklungen an drei Zähnen angeordnet ist.
Insbesondere wird der Wickeldraht in der zweiten Ausführungsform an dem Segment S1 eingehängt, dann nacheinander an dem Segment S7 und an dem Segment S13 und wird zurückgeführt zu dem Segment S1, wodurch ein geschlossener Ausgleicher gebildet wird, mit dem das Segment S1, das Segment S7 und das Segment S13 elektrisch zusammengeschaltet werden.
Als nächstes wird der Wickeldraht von dem Segment S1 mit mehreren Windungen im Uhrzeigersinn um den Zahn T1 herumgewickelt, wird mit mehreren Windungen im Uhrzeigersinn um den Zahn T4 herumgewickelt, wird mit mehreren Windungen im Uhrzeigersinn um den Zahn T7 herumgewickelt und schließlich an dem Segment S8 eingehängt.
Als nächstes wird der Wickeldraht von dem Segment S8 an dem Segment S14 und an dem Segment S2 eingehängt und zu dem Segment S8 zurückgeführt, wodurch ein geschlossener Ausgleicher gebildet wird, mit dem die Segmente S8, S14 und S2 elektrisch zusammengeschaltet werden.
Als nächstes wird der Wickeldraht von dem Segment S8 mit mehreren Windungen gegen den Uhrzeigersinn um den Zahn T6 herumgewickelt, wird mit mehreren Windungen gegen den Uhrzeigersinn um den Zahn T3 herumgewickelt, wird mit mehreren Windungen gegen den Uhrzeigersinn um den Zahn T9 herumgewickelt und dann an dem Segment S15 eingehängt.
Als nächstes wird der Wickeldraht von dem Segment S15 an dem Segment S3 und an dem Segment S9 eingehängt und zu dem Segment S15 zurückgeführt, wodurch ein geschlossener Ausgleicher gebildet wird, mit dem die Segmente S15, S3 und S9 elektrisch zusammengeschaltet werden.
Als nächstes wird der Wickeldraht von dem Segment S15 mit mehreren Windungen im Uhrzeigersinn um den Zahn T8 herumgewickelt, wird mit mehreren Windungen im Uhrzeigersinn um den Zahn T2 herumgewickelt, wird mit mehreren Windungen im Uhrzeigersinn um den Zahn T5 herumgewickelt und dann an dem Segment S4 eingehängt.
Als nächstes wird der Wickeldraht von dem Segment S4 an dem Segment S10 und an dem Segment S16 eingehängt und zu dem Segment S4 zurückgeführt, wodurch ein geschlossener Ausgleicher gebildet wird, mit dem die Segmente S4, S10 und S16 elektrisch zusammengeschaltet werden.
Als nächstes wird der Wickeldraht von dem Segment S4 mit mehreren Windungen gegen den Uhrzeigersinn um den Zahn T4 herumgewickelt, wird mit mehreren Windungen gegen den Uhrzeigersinn um den Zahn T1 herumgewickelt, wird mit mehreren Windungen gegen den Uhrzeigersinn um den Zahn T7 herumgewickelt und dann an dem Segment S11 eingehängt.
Als nächstes wird der Wickeldraht von dem Segment S11 nacheinander an dem Segment S17 und an dem Segment S5 eingehängt und zu dem Segment S11 zurückgeführt, wodurch ein geschlossener Ausgleicher gebildet wird, mit dem die Segmente S11, S17 und S5 elektrisch zusammengeschaltet werden.
Als nächstes wird der Wickeldraht von dem Segment S11 mit mehreren Windungen im Uhrzeigersinn um den Zahn T6 herumgewickelt, wird mit mehreren Windungen im Uhrzeigersinn um den Zahn T9 herumgewickelt, wird mit mehreren Windungen im Uhrzeigersinn um den Zahn T3 herumgewickelt und dann an dem Segment S18 eingehängt.
Als nächstes wird der Wickeldraht von dem Segment S18 nacheinander an dem Segment S6 und an dem Segment S12 eingehängt und zu dem Segment S18 zurückgeführt, wodurch ein geschlossener Ausgleicher gebildet wird, mit dem die Segmente S18, S6 und S12 elektrisch zusammengeschaltet werden.
Als nächstes wird der Wickeldraht von dem Segment S18 mit mehreren Windungen gegen den Uhrzeigersinn um den Zahn T2 herumgewickelt, wird mit mehreren Windungen gegen den Uhrzeigersinn um den Zahn T8 herumgewickelt, wird mit mehreren Windungen gegen den Uhrzeigersinn um den Zahn T5 herumgewickelt und dann an dem Segment S7 eingehängt.
In der zweiten Ausführungsform werden die geschlossenen Ausgleicher und die Spulenwicklungen im Wechsel gebildet, und sämtliche Ausgleicher und sämtliche Spulenwicklungen können durch einen einzigen fortlaufenden Wickeldraht gebildet werden, der während des Wickelns nicht abgeschnitten wird.
In dieser Ausführungsform umfasst jede der Spulenwicklungen P (P ist die Anzahl von Polpaaren) Teilwicklungen, die fortlaufend gebildet sind, die P Teilwicklungen sind jeweils in der gleichen Wickelrichtung an P Zähnen gebildet, und ein Abstand zwischen zwei beliebigen Zähnen von den P Zähnen ist ein geradzahliges Vielfaches der Polteilung.
In dieser Ausführungsform weisen zwei beliebige Spulenwicklungen, die nacheinander gebildet werden, entgegengesetzte Wickelrichtungen auf, wobei eine der Spulenwicklungen im Uhrzeigersinn und die andere der Spulenwicklungen gegen den Uhrzeigersinn ausgeführt ist.
In dieser Ausführungsform sind zwei Spulenwicklungen an jedem der Zähne ausgeführt, und die beiden Spulenwicklungen weisen entgegengesetzte Wickelrichtungen auf.
In dieser Ausführungsform sind einige der Segmente direkt mit den beiden Spulenwicklungen verbunden, und die beiden Spulenwicklungen haben entgegengesetzte Wickelrichtungen.
Vorzugsweise kann für die elektrischen Bürsten und für den Kommutator des Stators bei dem erfindungsgemäßen Motor folgender Vergleichsausdruck erfüllt werden:
wobei W_b eine Breite der elektrischen Bürste in einer Drehrichtung des Kommutators angibt;
D_c einen Außendurchmesser des Kommutators angibt; und
δ eine Breite eines Spalts zwischen zwei benachbarten Segmenten des Kommutators angibt.
Das Ausnutzungsverhältnis bei den Spulenwicklungen kann weiter verbessert werden, und es ist vorteilhaft für die Kommutierung des Motors, für dessen elektrische Bürsten und Kommutator die vorstehend beschriebene Bedingung erfüllt wird.
Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Synonyme, die in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung verwendet werden, drücken aus, dass das genannte Element oder Merkmal vorhanden ist, sie schließen jedoch nicht aus, dass auch weitere Elemente oder Merkmale vorhanden sind.
Es versteht sich, dass bestimmte Merkmale der Erfindung, die der Übersichtlichkeit halber im Kontext einzelner Ausführungsformen beschrieben wurden, auch in einer einzigen Ausführungsform kombiniert sein können. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die der Kürze der Beschreibung halber im Kontext einer einzigen Ausführungsform beschrieben wurden, ebenso geteilt oder in zweckmäßigen Unterkombinationen vorgesehen sein können.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen stellen lediglich ein Beispiel dar. Der Fachmann wird erkennen, dass innerhalb des Rahmens der Erfindung, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist, verschiedene weitere Modifikationen möglich sind.

Claims

Gleichstrombürstenmotor, umfassend: einen Stator mit 2P Magnetpolen, wobei P eine ganze Zahl größer als 1 ist; einen Rotor, der an dem Stator drehbar montiert ist, wobei der Rotor eine Welle (81), einen an der Welle befestigten Rotorkern (85), einen Kommutator (83) und eine Wicklung (87) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkern m × P Zähne (T) hat, wobei m eine ganze Zahl größer als 2 ist; wobei der Kommutator 2m × P Segmente (S) hat; und die Wicklung mehrere Spulenwicklungen umfasst, die an den Zähnen ausgeführt sind und mit einem jeweiligen Segment elektrisch verbunden sind, wobei die 2m × P Segmente in 2m Gruppen unterteilt sind, jede Gruppe P Segmente hat und die P Segmente über einen Ausgleicher der Reihe nach leitend verbunden sind und wobei der Ausgleicher für mindestens eine Gruppe der 2m Gruppen von Segmenten und sämtliche Spulenwicklungen durch einen fortlaufenden Wickeldraht gebildet sind.
Motor nach Anspruch 1, wobei jeder Ausgleicher einen geschlossenen Kreis bildet.
Motor nach Anspruch 1 oder 2, wobei sämtliche Ausgleicher und sämtliche Spulenwicklungen durch den fortlaufenden Wickeldraht gebildet sind.
Motor nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei einige der Spulenwicklungen und sämtliche Ausgleicher im Wechsel und die restlichen Spulenwicklungen nacheinander gebildet sind.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Spulenwicklungen an einem jeweiligen Zahn (T) ausgeführt ist und zwei Enden jeder der Spulenwicklungen um einen mechanischen Winkel von 90 Grad um die Welle herumgewickelt und jeweils an zwei entsprechenden Segmenten (S) eingehängt sind.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei beliebige nacheinander gebildete Spulenwicklungen entgegengesetzte Wickelrichtungen aufweisen, wobei eine der Spulenwicklungen im Uhrzeigersinn und die andere der Spulenwicklungen gegen den Uhrzeigersinn ausgeführt ist.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an jedem der Zähne (T) zwei Spulenwicklungen gebildet sind und die beiden Spulenwicklungen entgegengesetzte Wickelrichtungen aufweisen.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Spulenwicklungen P Teilspulen umfasst, wobei die P Teilspulen jeweils an den P Zähnen (T) des Rotors gewickelt sind; und wobei ein Abstand zwischen zwei benachbarten Teilspulen von den P Teilspulen ein geradzahliges Vielfaches einer Polteilung ist.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes der Segmente (S) direkt mit den beiden Spulenwicklungen verbunden ist und die beiden Spulenwicklungen entgegengesetzte Wickelrichtungen aufweisen.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stator zwei elektrische Bürsten hat, die sich mit dem Kommutator in elektrischem Kontakt befinden, und wobei durch die Wicklung sechs parallele Zweige gebildet werden, die mit den beiden elektrischen Bürsten zu verbinden sind.
Motor nach Anspruch 8, wobei der Stator zwei elektrische Bürsten hat, die sich mit dem Kommutator in elektrischem Kontakt befinden, und wobei durch die Wicklung des Rotors zwei parallele Zweige gebildet werden, die mit den beiden elektrischen Bürsten zu verbinden sind.
Motor nach Anspruch 8 oder 11, wobei einige der Segmente (S) direkt mit den beiden Spulenwicklungen verbunden sind und die beiden Spulenwicklungen entgegengesetzte Wickelrichtungen aufweisen.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei P gleich 3 ist und m gleich 3 ist.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die elektrischen Bürsten und den Kommutator des Stators der folgende Beziehungsausdruck erfüllt wird:
wobei W_b eine Breite der elektrischen Bürste in einer Drehrichtung des Kommutators angibt; D_c einen Außendurchmesser des Kommutators angibt; und δ eine Breite eines Spalts zwischen benachbarten Segmenten (S) des Kommutators angibt.