DE10338450A1

DE10338450A1 - Kommutator für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE10338450A1
Application number: DE10338450A
Authority: DE
Inventors: Claus Schmiederer; Tobias Kuechen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2003-08-21
Publication date: 2005-03-24
Also published as: JP2007503192A; CN100401596C; ES2322466T3; JP4733032B2; ATE429050T1; DE502004009365D1; EP1668747A1; WO2005027280A1; US20060082244A1; EP1668747B1; US7375452B2; CN1813380A

Abstract

Ein Kommutator für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Elektromotor für Stellantriebe in Kraftfahrzeugen, weist einen Kommutatorlamellen (12) tragenden Kommutatorkörper (11) auf. Zur Reduktion der durch Funkenbildung beim Kommutierungsvorgang hervorgerufenen und in die Umgebung als Störstrahlung abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung ist der Kommutatorkörper (11) als Hohlzylinder ausgebildet und sind die Kommutatorlamellen (12) auf der inneren Mantelfläche (112) des Kommutatorkörpers (11) angeordnet (Fig. 5).

Description

Die Erfindung geht aus von einem Kommutator für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Elektromotor für Stellantriebe in Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein bekannter Kommutator ( US 6 285 106 B1 ) besitzt einen auf die Rotorwelle einer Kommutatormaschine drehfest aufsetzbaren, hohlzylindrischen Kommutatorkörper aus Isolierstoff, auf dessen Außenumfang die Kommutatorlamellen mit Spaltabstand voneinander in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind. Jede Kommutatorlamelle trägt einstückig eine Anschlussfahne oder -haken zum Anschließen der Spulen einer Rotorwicklung, die in bekannter Weise in Nuten eines drehfest auf der Rotorwelle sitzenden, ferromagnetischen Rotorkörpers eingewickelt ist. Um beim Betrieb der Kommutatormaschine die bei der Kommutierung entstehende, für eine elektromagnetische Störstrahlung ursächliche Funkenbildung zu reduzieren, ist in das von den Anschlusshaken abgekehrte Stirnende des Kommutatorkörpers eine Vertiefung eingearbeitet, in die eine Entstörscheibe, z.B. ein Varistor, so eingelegt ist, dass ihre eine ringförmige Scheibenfläche am Grund der Vertiefung anliegt und die andere, Anschlusselektroden tragende, ringförmige Scheibenfläche nach außen weist. Auf die Entstörscheibe ist ein Kontaktring aufgedrückt, der die Anschlusselektroden mit dem Kommutatorlamellen elektrisch leitend verbindet. Der Kontaktring weist einen Basisring aus Isoliermaterial mit einer Vielzahl von jeweils miteinander verbundenen ersten und zweiten Kontakten auf. Die Anzahl der ersten Kontakte und die Anzahl der zweiten Kontakte entspricht jeweils der Zahl der Kommutatorlamellen bzw. der gleich großen Zahl der Anschlusselektroden an der Entstörscheibe. Jeweils ein erster Kontakt liegt auf einer Anschlusselektrode auf und jeweils ein mit dem ersten Kontakt in elektrisch leitender Verbindung stehender zweiter Kontakt liegt mit mechanischer Vorspannung an der Unterseite einer der endseitig über die Vertiefung vorstehenden Kommutatorlamellen an. Auf den Kontaktring ist ein Deckel aufgedrückt der die ersten Kontakte an die Anschlusselektroden andrückt und in der Vertiefung verrastet ist.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Kommutator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch die Verlegung der Kommutatorlamellen auf die innere Mantelfläche des als Hohlzylinder ausgebildeten Kommutatorkörpers und der damit zwangsweise einhergehenden Anordnung der Kommutatorbürsten im Innern des Kommutators eine recht gute Abschirmung der bei der Kommutierung hervorgerufenen elektromagnetischen Störstrahlung durch den Kommutator selbst erzielt wird und zusätzliche Bauelemente zur Reduktion der Funkenbildung eingespart werden können.

Durch die in den Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Kommutators möglich.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der hohlzylindrische Kommutatorkörper aus einem Material, das elektromagnetische Strahlung abschirmt bzw. absorbiert.

Dadurch wird noch eine zusätzliche Bedämpfung der elektromagnetischen Störstrahlung erreicht. Beispielsweise besteht der Kommutatorkörper aus Metall und zwischen dem Kommutatorkörper und den Kommutatorlamellen ist eine Isolierschicht angeordnet. Der Kommutatorkörper kann aber auch aus Kunststoff gefertigt werden und dem Kunststoff magnetisch und/oder elektrisch leitende Materialien, wie Stahlfasern oder Ruß, beigemengt werden oder von einer metallischen Hülse, die elektromagnetische Strahlung abschirmt, umschlossen sein.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein Stirnende des hohlzylindrischen Kommutatorkörpers mit einem Deckel aus einem elektromagnetische Strahlung abschirmenden bzw. absorbierenden Material abgeschlossen. Der Deckel ist mit einer zentralen Durchgangsöffnung für die Rotorwelle versehen und dient zur Abstützung des Kommutators auf der Rotorwelle der elektrischen Maschine. Der Deckel kann auch einstückig mit dem hohlzylindrischen Kommutatorkörper ausgeführt werden, indem dieser Becherform erhält.

Zeichnung
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Kommutators für eine Kommutatormaschine,
2 eine Ansicht des Kommutators in Richtung Pfeil II in 1,
3 eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines Anschlusshakens des Kommutators in 2,
4 eine perspektivische Darstellung eines Deckels zum Abdecken des Stirnendes des Kommutators in 1,
5 einen Querschnitt des Kommutators gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Der in 1 perspektivisch dargestellte Kommutator für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Elektromotor für Stellantriebe bei Fahrzeugen, weist einen hohlzylindrischen Kommutatorkörper 11 mit einer äußeren Mantelfläche 111 und einer inneren Mantelfläche 112 auf. Der Kommutatorkörper 11 besteht aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff und trägt auf seiner inneren Mantelfläche 112 eine Vielzahl von in Umfangsrichtung mit Spaltabstand nebeneinander angeordneten Kommutatorlamellen 12, die sich über die gesamte axiale Länge des Kommutatorkörpers 11 erstrecken. Jede Kommutatorlamelle 12 trägt an einem Lamellenende eine Anschlussfahne oder einen Anschlusshaken 14 (2). In die Anschlusshaken 14, von denen einer in 3 vergrößert dargestellt ist. werden in bekannter Weise die Spulen einer Anker- oder Rotorwicklung eingehängt und mit diesen mechanisch und elektrisch verbunden. Die Verbindung erfolgt üblicherweise im sog. Hot-Stacking, einem Heisspressverfahren, bei dem die Anschlusshaken 14 auf die Kommutatorlamellen 12 aufgedrückt werden, und dabei gleichzeitig im Bereich der Anschlusshaken 14 die Isolation des Ankerwicklungsdrahts abgeschmolzen wird.
Auf das von den Anschlusshaken 14 abgekehrte Stirnende des Kommutatorkörpers 11 ist ein Deckel 15 aufgesetzt und mit dem Kommutatorkörper 11, z.B. durch Verschraubung oder Verkleben fest verbunden. Der Deckel 15 besteht aus einem Material, der elektromagnetische Strahlungen abschirmt oder absorbiert. Der Deckel 15 besitzt eine zentrale Durchtrittsöffnung 16 für die Rotorwelle 17 (5) und dient zur drehfesten und axial unverschieblichen Abstützung des Kommutators auf der Rotorwelle 17. Der Deckel 15 kann auch einstückig mit dem Kommutatorkörper 11 ausgeführt werden, indem der Kommutatorkörper 11 becherförmig ausgebildet wird, so dass der Deckel 15 von dem Becherboden gebildet ist.
Wie aus der Schnittdarstellung in 5 zu erkennen ist, in der noch die geschnittene Rotorwelle 17 eingezeichnet ist, ist im Innern des Kommutatorkörpers 11 ein Bürstenhalter 18 mit zwei diametral am Kommutatorkörper 11 auf den Kommutatorlamellen 12 aufliegenden Kommutatorbürsten 19 angeordnet. Der Bürstenhalter 18 weist einen räumlich feststehenden Tragring 20 auf, an dem zwei Bürstenköcher 21 diametral angeordnet sind. Jeder Bürstenköcher 21 nimmt eine Kommutatorbürste 19 axial verschieblich auf. Jede Kommutatorbürste 19 wird mittels einer nicht dargestellten Bürstenandruckfeder radial auf die Kommutatorlamellen 12 gedrückt und steht mit einer elektrischen Anschlusslitze 22 in elektrisch leitender Verbindung.
Beim Betrieb eines mit einem solchen Kommutator ausgestatteten elektrischen Motors, z. B. eines Gleichstrommotors, entstehen bei jeder Kommutierung Funken, da beim Kommutieren die Spulen der Anker- oder Rotorwicklung für eine sehr kurze Zeitspanne von den Kommutatorbürsten 19 kurzgeschlossen werden und dann deren Kurzschluss wieder aufgerissen wird. Von dieser Funkenbildung geht eine elektromagnetische Störstrahlung aus, die einen hochfrequenten Störanteil, der durch das sich bildende elektrostatische Feld erzeugt wird, und einen niederfrequenten Störanteil, der durch das sich bildende magnetische Feld erzeugt wird, aufweist. Durch die hier vorgenommene Verlagerung der Kommutatorlamellen 12 und des Bürstenhalters 18 in das Innere des Kommutatorkörpers 11 wird ein großer Teil dieser elektromagnetischen Störstrahlung durch den Kommutator selbst abgeschirmt. Der Deckel 15 sorgt dafür, dass die elektromagnetische Strahlung auch in Achsrichtung nicht oder nur bedämpft aus dem Kommutator austreten kann.
Wird ein noch höher Entstörungsgrad gefordert, so wird – wie dies in 5 dargestellt ist – die äußere Mantelfläche 111 des Kommutatorkörpers 11 mit einer Schicht 23 versehen, die aufgrund ihrer Materialeigenschaft die elektromagnetische Störstrahlung noch weitergehend bedämpft. Eine solche Schicht 23 kann beispielsweise eine Metallhülse sein.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist für die verstärkte Bedämpfung der elektromagnetischen Störstrahlung der Kommutatorkörper 11 aus einem elektromagnetische Strahlung absorbierenden Material hergestellt. Ein solches Material wird beispielsweise dadurch gewonnen, dass dem Kunststoff Beimengungen von magnetisch und/oder elektrisch leitfähigen Materialien zugegeben wird. Beispielsweise sind im Kunststoff Stahlfasern integriert oder ist dem Kunststoff Kohlenstoff in Form von Ruß beigemischt. Im ersten Fall werden die niederfrequenten Störanteile und im zweiten Fall die höherfrequenten Störanteile der elektromagnetischen Störstrahlung weitergehend bedämpft. Selbstverständlich können auch beide Materialkomponenten dem Kunststoff zugemischt werden. Der Kommutatorkörper 11 kann auch aus Metall bestehen, wobei zwischen dem Kommutatorkörper 11 und den Kommutatorlamellen 12 eine Isolierschicht vorzusehen ist.
Der Deckel 15 mit seiner störstrahlungsabsobierenden Eigenschaft wird aus dem gleichen Material wie vorstehend beschrieben hergestellt.

Claims

Kommutator für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Elektromotor für Stellantriebe in Fahrzeugen, mit einem Kommutatorlamellen (12) tragenden Kommutatorkörper (11), dadurch gekennzeichnet, dass der Kommutatorkörper (11) ein Hohlzylinder ist und die Kommutatorlamellen (12) auf der inneren Mantelfläche (112) des Kommutatorkörpers (11) angeordnet sind.
Kommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommutatorkörper (11) aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff besteht.
Kommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommutatorkörper (11) aus einem elektromagnetische Strahlung abschirmenden Material besteht.
Kommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommutatorkörper (11) aus Metall besteht und zwischen dem Kommutatorkörper (11) und den Kommutatorlamellen (12) eine elektrische Isolierschicht angeordnet ist.
Kommutator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommutatorkörper (11) auf seiner äußeren Mantelfläche (111) eine elektromagnetische Strahlung abschirmende Schicht (23) trägt.
Kommutator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommutatorkörper (11) aus Kunststoff mit Beimengungen aus einem magnetisch und/oder elektrisch leitfähigen Material besteht.
Kommutator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beimengungen Stahlfasern enthalten.
Kommutator nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beimengungen Kohlenstoff enthalten.
Kommutator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff in Form von Ruß beigemengt ist.
Kommutator nach einem der Ansprüche 1 – 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Stirnende des hohlzylindrischen Kommutatorkörpers (11) mit einem Deckel (15) aus einem elektromagnetische Strahlung abschirmenden Material abgedeckt ist.
Kommutator nach einem der Ansprüche 1 – 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Innern des Kommutatorkörpers (11) mindestens zwei radial auf die Kommutatorlamellen (12) aufgedrückte Kommutatorbürsten (19) relativ zum Kommutatorkörper (11) feststehend angeordnet sind.