DE10223630A1

DE10223630A1 - Bürste oder Kohlebürste für einen Elektromotor sowie Elektromotor mit einer solchen Bürste

Info

Publication number: DE10223630A1
Application number: DE2002123630
Authority: DE
Inventors: Michael Koller; Isolde Keller; Frank Epple; Christof Goeke
Original assignee: Valeo Motoren und Aktuatoren GmbH
Current assignee: Nidec Motors and Actuators Germany GmbH
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2002-05-28
Publication date: 2003-12-11
Also published as: AU2003238394A1; WO2003100920A1

Abstract

Eine Bürste oder Kohlebürste für einen Elektromotor mit einem eine Rotorwicklung aufweisenden Rotor und mit einem mit der Bürste zusammenwirkenden Kommutator weist einen Bürstenkörper mit einer Anlagefläche zur gleitenden Anlage gegen den Kommutator sowie ein blattfederartiges, als Bürstenfeder wirkendes Bürstenteil auf. Das blattfederartige Bürstenteil bildet zwei sich beidseitig von dem Bürstenkörper wegerstreckende Schenkel, über die der Bürstenkörper jeweils mit einem Bürstenträger verbunden ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bürste oder Bürste gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf einen Elektromotor entsprechend Oberbegriff Patentanspruch 12.

Insbesondere für elektrische Kleinmotoren sind sogenannte "Hammerbürsten", d. h. Kohlebürsten bekannt (DE-OS 41 25 346; DE-GM 88 01 993), die an einem Ende eines blattfederartig ausgebildeten und elektrisch leitenden Halte- oder Bürstenteils den gegen einen Kommutator des Elektromotors gleitend anliegenden und durch Preßformen aus Graphitpulver hergestellten Bürstenkörper aufweisen. Mit dem anderen Ende ist das Bürstenteil an einem Bürstenträger befestigt und kontaktiert. Vorteilhaft ist die vereinfachte Bauform, insbesondere auch durch Wegfall von aufwendigen Halterungen und Führungen für die Bürste. Nachteilig ist aber, daß es durch die einseitige Halterung der Bürste leicht zu unerwünschten Schwingungen und/oder Lageveränderungen des Bürstenkörpers kommen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bürste aufzuzeigen, bei der unter Beibehaltung der grundsätzlichen Vorteile von Bürsten mit blattfederartig wirkendem Halte- oder Bürstenteil die Lagestabilität des Bürstenkörpers wesentlich verbessert ist. Zur Lösung dieser Aufgabe sind eine Bürste entsprechend dem Patentanspruch 1 und ein Elektromotor entsprechend dem Patentanspruch 12 ausgebildet.

Bei der erfindungsgemäßen Bürste ist das blattfederartige Bürstenteil mit zwei Schenkeln ausgeführt, mit denen die Bürste jeweils an einem motorseitigen Bürstenträger oder dergleichen befestigt ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bürstenteil einstückig mit seinen beiden Schenkeln hergestellt, und zwar beispielsweise aus einem für eine Blattfeder geeigneten federnden und elektrisch leitenden Flachmaterial, beispielsweise aus Metall, z. B. aus Bronze. Die beiden Schenkel sind dabei bevorzugt in Umlaufrichtung des Kommutators bzw. des Rotors gegeneinander versetzt vorgesehen. Durch die beidseitige Halterung ergibt sich eine hohe Verwindungssteifigkeit der Bürste sowie eine verbesserte Lagestabilität für den Bürstenkörper. Die Schwingungsneigung des Bürstenkörpers ist wesentlich reduziert.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in vereinfachter Darstellung und in Seitenansicht einen Elektromotor gemäß der Erfindung, bei geöffnetem Gehäuse;
Fig. 2 und 3 jeweils in vereinfachter Darstellung eine Stirnansicht sowie eine Seitenansicht des Kommutators des Elektromotors der Fig. 1 mit einer der beiden Bürsten;
Fig. 4 in vereinfachter Darstellung eine Rückansicht einer der beiden Bürsten in Blickrichtung des Pfeils A der Fig. 2.
Der in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete und beispielsweise als Permanetmagnet-Gleichstrommotor ausgebildete Elektromotor ist Bestandteil eines elektrischen Fahrzeug-Hilfsantriebs, z. B. Bestandteil des elektrischen Scheibenwischer-Antriebs. Der Motor 1 besteht in bekannter Weise aus einem z. B. aus Metallspritzguß hergestellten zweiteiligen Gehäuse 2, in welchem die Motorwelle 3 mit dem Rotor 4 und der Rotorwicklung sowie mit dem auf der Welle 3 angeordneten Kommutator 5 drehbar gelagert ist. Mit 6 ist der den Rotor teilweise umschließende und wenigstens einen Permanentmagneten aufweisende Stator bezeichnet.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Gehäuse 2 ein in Längsrichtung geteiltes Gehäuse bestehend aus zwei Gehäuseschalen, von denen in der Fig. 1 nur die eine Gehäuseschale 2' sichtbar ist, während die andere Gehäuseschale zum Öffnen des Gehäuses abgenommen wurde.
Der Motor 1 weist zwei mit dem Kommutator zusammenwirkende Bürsten 7 (Kohlebürsten) auf, die jeweils aus einem gegen den Kommutator 5 bzw. dessen Kommutatorsegmente 5' in Gleitkontakt anliegenden Bürstenkörper 8 und aus einem als Blattfeder wirkenden Bürstenteil 9 bestehen. Der Bürstenkörper 8 ist beispielsweise in bekannter Weise durch Preßformen aus Graphitpulver gefertigt, und zwar als im wesentlichen quaderförmiger Körper, der mit einer Seite 8' die mit dem Kommutator 5 zusammenwirkende Gleitfläche bildet.
Das Bürstenteil 9 ist aus einem für eine Blattfeder geeigneten Material, beispielsweise aus einem für eine Blattfeder geeigneten Flachmaterial durch Stanzen und Biegen hergestellt, und zwar derart, daß dieses Bürstenteil 9 elektrisch leitend ist. Als Material für das Bürstenteil 9 eignet sich beispielsweise ein Metall-Flachmaterial, wie es auch für andere, federnde elektrische Kontaktelemente verwendet wird, beispielsweise Bronze.
Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, das Bürstenteil 9 aus einem federnden, elektrisch nicht leitenden Material herzustellen, auf welches dann eine Schicht aus einem elektrisch leitenden Material aufgebracht ist, und/oder den Bürstenkörper 8 über eine Litze aus elektrisch leitendem Material zu kontaktieren.
Der Bürstenkörper 8 ist in einer Ausnehmung 10 des Bürstenteils 9 eingesetzt und dort in geeigneter Weise befestigt, und zwar derart, daß der Bürstenkörper 8 mit seiner mit dem Kommutator 5 zusammenwirkenden Gleitfläche 8' über eine Vorderseite 11 der Bürste 7 bzw. des Bürstenteils 9 vorsteht und das Bürstenteil 9 zwei beidseitig vom Bürstenkörper 8 sich wegerstreckende Schenkel 9' bildet. Die Befestigung des Bürstenkörpers 8 in der rechteckförmigen oder quadratischen Öffnung 10 ist bei der dargestellten Ausführungsform dadurch erfolgt, daß an wenigstens zwei einander gegenüberliegenden Randbereichen der Öffnung 10 über die Rückseite des Bürstenteils 9 wegstehende Abwicklungen 10' gebildet sind, mit denen der Bürstenkörper 8 durch Klemmsitz oder aber auf andere geeignete Weise, beispielsweise auch durch Löten (bei teilweiser Metallisierung des Bürstenkörpers 8), Verkleben usw. gehalten ist, und zwar selbstverständlich derart, daß zwischen dem Bürstenkörper 8 und dem Bürstenteil 9 die notwendige elektrische Verbindung besteht.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Bürste 7 und deren Bürstenteil 9 bzw. dessen Schenkel 9' im wesentlichen spiegelsymmetrisch zu einer Mittelebene M ausgebildet, die auch die Symmetrieebene des Bürstenkörpers 8 ist. Die Formgebung des Bürstenteils 9 bzw. der beidseitig von der Mittelebene M vorgesehenen Schenkel 9' läßt sich so beschreiben, daß ausgehend von der Mittelebene M bzw. dem Bürstenkörper 8 bei jedem Schenkel 9' die folgende Abschnitte in der nachstehenden Reihenfolge aneinander anschließen:

- Ein an seiner Außenseite leichtkonvex gekrümmter und sich von der Mittelebene M weg erstreckender Abschnitt 9a, der die der Gleitfläche 8' zugewandte Vorderseite 11 der Bürste 7 bildet;
- ein Abschnitt 9b, der einen an der Außenseite des Bürstenteils 9 konvex abgerundeten Wendebogen um etwa 180° bildet;
- ein Abschnitt 9c, der zurück zur Mittelebene M verläuft und mit dieser bei der dargestellten Ausführung einen Winkel von etwa 90° oder etwas größer einschließt, der sich zu der Vorderseite 11 hin öffnet;
- ein Abschnitt 9d, der im wesentlichen parallel oder etwa parallel zur Mittelebene M liegt.

An jedem Abschnitt 9d ist ein als Befestigungslasche ausgebildeter Abschnitt 9e' bzw. 9e" angeformt.
Mit BE ist in den Figuren eine Bürstenebene bezeichnet, die senkrecht zu der Mittelebene M liegt und damit auch senkrecht zu der Ebene der Abschnitte 9d und 9e' bzw. 9e". Bei der dargestellten Ausführungsform stehen die Abschnitte 9e' und 9e" über verschiedene Seiten der Bürste 7 weg. Die beiden Abschnitte 9d sind senkrecht zur Mittelebene M voneinander beabstandet, so daß auch die Abschnitte 9e' und 9e" in unterschiedlichen Ebenen parallel zur Mittelebene M liegen. Weiterhin ist das Bürstenteil 9 in bezug auf die Bürstenebene EB hochkant ausgebildet, d. h. es liegt mit seinen Oberflächenseiten senkrecht zu dieser Bürstenebene.
Vereinfacht läßt sich die Form des Bürstenteils 9 also so beschreiben, daß es in Seitenansicht der Bürste 7 die Form eines C-förmigen Bügels besitzt, der an seinen freien Enden über angeformte Abschnitte 9d in die seitlich über den Bügel wegstehenden, zum Befestigen und Kontaktieren dienenden Abschnitte 9e bzw. 9e" übergeht. Das Bürstenteil 9 wirkt aufgrund seiner Formgebung und der Eigenelastizität des verwendeten Materials als Blattfeder oder Büstenfeder, die die notwendige federnde Anpreßkraft des Bürstenkörpers 8 gegen den Kommutator 5 bewirkt.
Die beiden Bürsten 7 sind im Elektromotor 1 derart montiert, daß sie mit ihren Bürstenebenen EB in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Achse der Motorwelle 3 liegen, und zwar derart, daß die Bürstenkörper 8 um 180° gegeneinander versetzt an dem Kommutator 5 anliegen. Zur Befestigung der Bürsten 7 sind die Abschnitte 9e' und 9e" mit geeigneten Mitteln, beispielsweise mit Hilfe von Befestigungsmitteln 12, z. B. Schrauben an aus elektrisch isolierendem Material hergestellten Bürstenträgern 13 befestigt, und zwar an Flächen 15 und 15 des jeweiligen Bürstenträgers 13, die (Flächen) senkrecht zu den Bürstenebenen EB liegen und die bei geöffneten Gehäuse 2 leicht zugänglich sind, so daß auch eine einfache Montage der beiden Bürsten 7 möglich ist. Grundsätzlich kann der jeweilige Bürstenträger 13 mit der zugehörigen Bürste 7 bereits vormontiert in den Motor 1 eingesetzt werden, und zwar bevorzugt zusammen mit oder vormontiert an einer Platine, die die notwendigen Leiterbahnen aufweist und z. B. mit weiteren Komponenten zur Motorsteuerung vorbestückt ist. Die beschriebene bügelförmige Ausbildung des Bügelteils 9 und die beidendige Befestigung oder Stabilisierung über die Abschnitte 9e' und 9e" am Bürstenträger 12 hat den Vorteil, daß eine eindeutige Positionierung des Bürstenkörpers 8 gewährleistet ist, insbesondere auch in jeder Drehrichtung des Motors bzw. der Motorwelle.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
Vorstehend wurde davon ausgegangen, daß das blattfederartige Bürstenteil 9 als Druckfeder wirkt. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, die Bürste bzw. das doppelschenklige Träger- oder Bürstenteil 9 so auszubilden und anzuordnen, daß es als Zugfeder wirkt, beispielsweise in der Art, daß das Bürstenteil 9 den Kommutator 5 umschließt und der Bürstenkörper 8 dabei dann mit seiner dem Abschnitt 9d zugewandten Stirnseite die Anlagefläche zur gleitenden Anlage gegen den Kommutator 5 bildet. In diesem Fall wären die beiden Bürsten dann z. B. axial gegeneinander versetzt am Kommutator vorgesehen. Bezugszeichenliste 1 Elektromotor
2 Gehäuse
2' Gehäuseschale oder Gehäuseteil
3 Motorwelle
4 Rotor mit Wicklung
5 Kommutator
5' Kommutatorsegment
6 Stator
7 Bürste bzw. Kohlebürste
8 Bürstenkörper
8' Gleitfläche
9 bügelförmiges Bürstenteil
9' Schenkel
9a, 9b, 9c, 9d, 9e', 9e" Schenkelabschnitt
10 Öffnung
10' Abwinklung
11 Bürstenvorderseite
12 Befestigungsmittel
13 Bürstenträger
14, 15 Befestigungs- oder Kontaktfläche
16 Platine
A Blickrichtung
BE Bürstenebene
M Symmetrie- oder Mittelebene

Claims

-
1. Bürste oder Kohlebürste für einen Elektromotor mit einem eine Rotorwicklung aufweisenden Rotor (4) und mit einem mit der Bürste (7) zusammenwirkenden Kommutator zum Zuführen von Strom an die Rotorwicklung, wobei die Bürste (7) wenigstens einen Bürstenkörper (8) mit mindestens einer Anlagefläche (8') zur gleitenden Anlage gegen den Kommutator (5) sowie ein blattfederartiges, als Bürstenfeder wirkendes Bürstenteil (9) aufweist, das den Bürstenkörper (8) trägt und an einem Bürstenträger (13) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß das blattfederartige Bürstenteil (9) zwei sich beidseitig von dem Bürstenkörper (8) wegerstreckende Schenkel (9') besitzt, über die der Bürstenkörper (8) jeweils mit dem Bürstenträger (13) verbunden ist.

1. Bürste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bürstenteil (9) einstückig mit seinen beiden Schenkeln (9') hergestellt ist.

2. Bürste nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (9') des Bürstenteils (9) zumindest in einem Teilbereich flach und hochkant zu einer Bürstenebene (BE) ausgebildet sind, in der die Schenkel (9') mit ihrem Verlauf oder ihrer Erstreckung angeordnet sind.

3. Bürste nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bürstenteil (9) im wesentlichen C-förmig ausgebildet ist.

4. Bürste nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (9') jeweils in einem flachen oder im wesentlichen flachen, zur Befestigung der Bürste (7) an dem Bürstenträger (13) dienenden Abschnitt (9e', 9e") enden.

5. Bürste nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (9e', 9e") bezogen auf die Bürstenebene (BE) in unterschiedlicher Richtung von dem Bürstenteil (9) wegstehen.

6. Bürste nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Befestigung oder Halterung der Bürste (7) dienenden Abschnitte (9e', 9e") senkrecht zur Bürstenebene (BE) orientiert sind.

7. Bürste nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (9') des Bürstenteils (9) jeweils wenigstens einen ersten zu einer Vorderseite (11) des Bürstenteils (9) hin konvex gewölbten und sich von einer Mittelebenen (M) der Bürste (7) wegerstreckenden Abschnitt (9a), daran anschließend einen zweiten wesentlich stärker gekrümmten und eine abgerundete Ecke bildenden Abschnitt (9b), daran anschließend einen dritten zur Mittelebene (M) zurück verlaufenden Abschnitt (9c) sowie daran anschließend einen vierten parallel oder in etwa parallel zur Mittelebene (M) verlaufenden Abschnitt (9d) aufweisen, der in einen fünften eine Befestigungslasche bildenden Abschnitt (9e', 9e") übergeht, wobei die Mittelebene eine senkrecht zur Anlagefläche (8') des Bürstenkörpers (8) verlaufende Ebene ist.

8. Bürste nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bürstenteil (8) aus einem Flachmaterial durch Biegen und Stanzen hergestellt ist.

9. Bürste nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bürstenteil (9) elektrisch leitend ausgebildet ist.

10. Bürste nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Ausbildung als Bürste mit einem aus Graphit hergestellten Bürstenkörper (8).

11. Elektromotor mit einem eine Rotorwicklung aufweisenden Rotor (4) und mit einem mit Bürsten (7) zusammenwirkenden Kommutator zum Zuführen von Strom an die Rotorwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürsten nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet sind.

12. Elektromotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Bürstenteil (9) wenigstens einer Bürste (7) als Druckfeder wirkt.

13. Elektromotor nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Bürstenteil (9) wenigstens einer Bürste (7) als Zugfeder wirkt.

14. Elektromotor nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürsten (7) mit ihrer Bürstenebene (BE) quer oder senkrecht zur Achse der Motorwelle (3) orientiert sind.