DE10348905A1

DE10348905A1 - Elektrische Kommutatorläufer-Maschine mit Entstörfilter

Info

Publication number: DE10348905A1
Application number: DE2003148905
Authority: DE
Inventors: Claus Schmiederer; Tobias Kuechen; Ulrich Frank
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-10-21
Filing date: 2003-10-21
Publication date: 2005-05-25
Also published as: WO2005046031A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Kommutatorläufer (11), dessen umlaufende Kommutatorlamellen (19) mit zwei ortsfesten Kohlebürsten (20) zusammenwirken, welche über Anschlussleitungen (31, 34) an eine Stromversorgung anschließbar sind, wobei ein kapazitives Entstörfilter (30) mit den Anschlussleitungen sowie über einen Masseanschluss (G) mit dem Polgehäuse (15) der elektrischen Maschine verbunden ist.
Zur Erzielung einer möglichst geringen Störabstrahlung ist das kapazitive Entstörfilter (30) an der Stirnseite der elektrischen Maschine zwischen den Kohlebürsten (20) angeordnet und über seinen Masseanschluss (G) induktivitätsarm mit dem Polgehäuse (15) verbunden sowie über jeweils gleich lange Anschlussleitungen (30, 34) an die Kohlebürsten (21) einerseits und an die Anschlusskontakte (28) der Maschine andererseits angeschlossen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Kommutatorläufer nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.
Bei Kommutatorläufern besteht das Kommutierungssystem aus einem am Läufer befestigten Kommutator und den damit zusammenwirkenden ortsfesten Kohlebürsten. Diese gleiten auf der Oberfläche der Kommutatorlamellen und verursachten beim Übergang von einer Lamelle zur nächsten Lamelle Gasentladungen mit sehr steilen Stromanstiegszeiten, welche zu einer hochfrequenten Störabstrahlung führen. Insbesondere im Gleichstrom-Bordnetz von Kraftfahrzeugen muss diese Störstrahlung weitmöglichst unterdrückt werden. Dazu werden bei bekannten Ausführungen Entstörfilter verwendet, die einerseits mit den Anschlusskontakten der Maschine, zum Beispiel an einem Anschlussstecker einerseits und mit dem Polgehäuse der Maschine andererseits verbunden sind. Diese Entstörfilter bestehen je nach Anforderungen aus Entstörkondensatoren gemäß DE 198 45 862 A2 und/oder Entstörinduktivitäten.
Aufgrund der weithin in Kraftfahrzeugen verbreiteten Anwendung elektronischer Steuerungen durch Mikroprozessoren und dergleichen ist es erforderlich, die vorerwähnte Störabstrahlung in möglichst enge Grenzen zu halten.
Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, durch eine Verlagerung der Filterelemente möglichst dicht an die Störquelle die Störabstrahlung durch möglichst kurze Störkoppelpfade zu minimieren.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch die räumliche Anordnung des kapazitiven Entstörfilters zwischen den Kohlebürsten die Anschlussleitungen einerseits so kurz wie möglich gehalten und andererseits gleich lang ausgebildet sind. Da außerdem das Entstörfilter an dieser Stelle induktivitätsarm mit dem Gehäuse der Maschine zu verbinden ist, ergeben sich extrem kurze Störkoppelpfade. Damit erreicht man einen strahlungsarmen Gleichstrommotor für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, der die vom Gesetzgeber sowie vom Markt geforderten Entstörgrade in den relevanten Frequenzbereichen voll entspricht.
Weitere Vorteile ergeben sich bei dieser Lösung im Vergleich zum Stand der Technik durch Kosteneinsparungen aufgrund nicht mehr benötigter induktiver Entstörelemente, durch Teileminimierung sowie durch eine Verringerung der Fertigungsschritte bei der Herstellung der Maschine. Außerdem lässt sich damit bei der Bürstenhalter-Konstruktion die Gestaltungsfreiheit erhöhen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.
So wird zur Erzielung einer möglichst geringen Störabstrahlung vorgeschlagen, dass Entstörfelder als X2Y-Keramik-Filter mit zwei einander gegenüberliegenden Anschlüssen auszubilden, die jeweils einer der beiden Kohlebürsten zugewandt sind, so dass sie über die jeweilige Anschlussleitung eine möglichst kurze elektrische Verbindung zu ihrer Kohlebürste haben. Ferner ist es zweckmäßig, wenn die beiden einander gegenüberliegenden Anschlüsse des Entstörfilters symmetrisch mit den Kohlebürsten und den Anschlusskontakten der elektrischen Maschine verbunden sind. Zur Erzielung einer möglichst induktivitätsarmen Masseverbindung wird vorgeschlagen, dass der Masseanschluss des Entstörfilters über eine großflächigen Leiter induktivitätsarm mit dem Gehäuse der Maschine verbunden ist. In vorteilhafter Weise ist dabei der Masseanschluss des Entstörfilters symmetrisch zwischen den beiden mit je einer Kohlebürste verbundenen Anschlüssen angeordnet und mit dem großflächigen Leiter kontaktiert.
In einfachster Weise ist das Entstörfilter und der mit dessen Masseanschluss verbundene großflächige Leiter auf der Bürstenhalterplatte der Maschine zwischen den Bürstenhaltern der beiden Kohlebürsten fixiert. Dabei ist der großflächige Leiter zweckmäßigerweise bandförmig ausgebildet und an seinem einen Endbereich mit dem Masseanschluss des Entstörfilters flächig kontaktiert sowie mit seinem anderen Endbereich am Gehäuse der Maschine flächig fixiert. In einfachster Weise ist der bandförmige Leiter ein Kupferblech, dessen dem Entstörfilter abgewandter Endbereich zwischen der Bürstenhalterplatte und der Stirnseite des Gehäuses der Maschine festgeklemmt ist. Anstelle eines Kupferbleches kann hier auch eine metallisierte Kunststofffolie oder dergleichen verwendet werden.
In vorteilhafter Weise lässt sich das X2Y-Keramik-Filter als Single-Chip-Entstörelement in bekannter SMD-Technologie einteilig herstellen, wobei zwei einander gegenüberliegende Massepads als Masseanschluss mit dem bandförmigen Leiter flächig kontaktiert sind. Möchte man bei dem X- und Y-Kapazitäten des Entstörfilters höhere Freiheitsgrade realisieren können, wird in vorteilhafter Weise vorgeschlagen, das X2Y-Keramik-Filter aus drei diskreten Kapazitäten zusammenzusetzen, wobei der Masseanschluss zwischen den zwei in Reihe liegenden Y-Kapazitäten und neben der dazu parallel liegenden X-Kapazität angeordnet und flächig mit dem bandförmigen Leiter kontaktiert wird.
Zeichnung
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch einen Kfz-Wischermotor als elektrische Maschine,
2 die Vorderansicht der montierten Bürstenhalterplatte mit erfindungsgemäßen Entstörfilter,
3 einen Ausbruch der Maschine nach 1 mit Gehäuse, Bürstentragplatte und Entstörfilter im Querschnitt,
4 zeigt in schematischer Darstellung das erfindungsgemäße Entstörfilter zwischen Kohlebürsten und Anschlussstecker.
5 zeigt ein einteiliges Keramik-Filter a) in vergrößerter Darstellung, b) als elektrische Schaltung,
6 zeigte ein aus drei diskreten Kapazitäten zusammengesetztes Entstörfilter a) in vergrößerter Darstellung, b) als elektrische Schaltung,
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist als elektrische Maschine ein Wischermotor für die Scheibenwischanlage eines Kraftfahrzeugs dargestellt und mit 10 bezeichnet. Der Wischermotor 10 ist ein Gleichstrommotor mit einem Kommutatorläufer 11, der über einen Arbeitsluftspalt 12 mit Magnetpolen 13 seines Stators 14 zusammenwirkt. Die Magnetpole 13 sind auf der Innenseite eines topfförmigen Polgehäuses 15 befestigt, welches beim Anschluss des Wischermotors 10 am Gleichstrom-Bordnetz eines Kraftfahrzeugs als Massepotential (virtuelles Ruhepotential) dient. Der Kommutatorläufer 11 ist mit seiner Läuferwicklung 16 an einen Kommutator 17 angeschlossen, der auf einen Abschnitt einer Läuferwelle 18 befestigt ist und dessen Lamellen 19 mit zwei einander gegenüberliegenden Kohlebürsten 20 zusammenwirken. Die Kohlebürsten 20 sind jeweils in einem Bürstenhalter 21 an einer Bürstenhalterplatte 22 aufgenommen, welche das Polgehäuse 15 stirnseitig abdeckt. Die Läuferwelle 18 ist zu einem angedeuteten Schneckengetriebe 23 hin an einem Lagerflansch 24 aufgenommen, und mitsamt der Bürstenhalterplatte 20 mittels Schrauben 25 am Polgehäuse 15 festgeschraubt. In einem Hohlraum zwischen Bürstenhalterplatte 22 und Lagerflansch 24 ist eine Wischerelektronik 26 untergebracht. Der Lagerflansch 24 hat einen seitlich angeformten elektrischen Anschluss 27, dessen Anschlussstecker 28 bzw. Anschlussklemme oder Anschlusskontakt in nicht dargestellter Weise sowohl mit der Wischerelektronik 26 als auch mit den Kohlebürsten 20 verbunden sind.
In 2 ist die auf der Stirnseite des Polgehäuses 15 angeordnete Bürstenhalterplatte 22 in der Vorderansicht dargestellt. Dort ist erkennbar, dass ein kapazitives Entstörfilter 30 zwischen den Kohlebürsten 20 angeordnet ist. Das Entstörfilter ist als X2Y-Keramik-Filter mit zwei einander gegenüberliegenden Anschlüssen A und B ausgebildet, die jeweils einer der beiden Kohlebürsten 20 zugewandt sind. Diese Anschlüsse A und B sind jeweils über Anschlusslitzen 31 mit der ihnen am nächsten liegenden Kohlebürste 20 verbunden. Die Anschlusslitzen 31 bilden gleich lange Anschlussleitungen mit möglichst kurzer elektrischer Verbindung zwischen Entstörfilter 30 und den Kohlebürsten 20. Das Entstörfilter 30 hat symmetrisch zwischen den beiden mit je einer Kohlebürste 20 verbundenen Anschlüssen A und B einen Masseanschluss G, welcher flächig mit einem bandförmigen, großflächigen Leiter 32 kontaktiert ist. Das Entstörfilter 30 und der mit dem Masseanschluss G verbundene Leiter 32 ist auf der Bürstenhalterplatte 22 seitlich von zwei Leisten 33 der Bürstenhalterplatte 22 eingefasst und fixiert. Die Fixierung auf der Bürstenhalterplatte 22 erfolgt gegebenenfalls durch eine Klebung.
Der großflächige Leiter 32 stellt eine induktivitätsarme elektrische Verbindung zwischen dem Entstörfilter 30 und dem Polgehäuse 15 her, wie dies in dem Ausbruch nach 3 erkennbar ist. Gemäß 3 ist der großflächige Leiter 32 ein bandförmiges Kupferblech, dessen einer Endbereich 32a mit dem Masseanschluss G des Entstörfilters 30 flächig kontaktiert ist und dessen anderer Endbereich 32b am Polgehäuse 15 flächig fixiert wird, indem er außen um den Rand 22a der Bürstenhalterplatte 22 herumgelegt und dann zwischen Bürstenhalterplatte 22 und der Stirnseite des Polgehäuses 15 mittels der Schrauben 25 aus 1 festgeklemmt wird.
4 zeigt in schematischer Darstellung, dass die beiden einander gegenüberliegenden Anschlüsse A und B des Entstörfilters 30 über gleich lange Anschlusslitzen 31 sowie über gleich lange Anschlussleitungen 34 symmetrisch mit den Kohlebürsten 20 einerseits sowie mit den Anschlusssteckern 28 andererseits verbunden sind. Durch die symmetrische Anbindung der Kapazität C_x des Entstörfilters 30 (5b) an die Kohlebürsten 20 wird eine optimale Bedämpfung der sogenannten Gegentaktstörer erzielt und über den großflächigen Leiter 32 wird eine induktivitätsarme Masseverbindung für die Entkopplung der sogenannten Gleichtaktstörung über die Kapazitäten C_y realisiert. Zudem sind die Versorgungsleitungen 34 wellenlängen-optimiert ausgebildet, so dass Rest-Störabstrahlungen nicht durch einen Antenneneffekt wieder eingekoppelt werden.
Gemäß 5 ist das Entstörfilter 30 in SMD-Technologie als X2Y-Keramik-Filter einteilig hergestellt. Gemäß dem in 5a dargestellten Aufbau sind die Anschlüsse A und B auf den einander gegenüberliegenden Stirnseiten angeordnet. Als Masseanschluss sind hier mittig zu den Anschlüssen A und B zwei einander gegenüberliegende Massepads G1 und G2 an den Längsseiten des Keramik-Filters angeordnet, welche flächig mit dem bandförmigen Leiter 32 gemäß 2 und 3 kontaktiert werden. 5b zeigt die Schaltung des Entstörfilters 30, wobei die Anschlüsse A und B der Kapazität C_x an die Verbindung zwischen der einen Kohlebürste 20 und der Plus-Klemme beziehungsweise an die Verbindung der anderen Kohlebürste und der Minus-Klemme angeschlossen sind. Die beiden Kapazitäten C_y liegen hier jeweils zwischen dem Masseanschluss G und dem Anschluss A beziehungsweise B.
Alternativ dazu zeigt 6 einen diskreten Aufbau des X2Y-Keramik-Filters 30a aus drei Kapazitäten. Der Masseanschluss G ist hier zwischen den zwei in Reihe liegenden Kapazitäten C_y1 und C_y2. Gemäß dem Aufbau nach 6a liegt hier der Masseanschluss G neben der Kapazität C_x, welche zu den beiden Kapazitäten C_y1 und C_y2 parallel geschaltet ist. Die Anschlüsse A und B der drei Kapazitäten sind jeweils über Kontaktbrücken A_b und B_b miteinander verbunden. Auch hier wird der Massekontakt G flächig dem bandförmigen Leiter nach 2 und 3 kontaktiert. Die 6b zeigt die entsprechende Schaltung der drei Kapazitäten.

Claims

Elektrische Maschine mit einem Kommutatorläufer (11), dessen umlaufende Kommutatorlamellen (19) mit mindestens zwei ortsfesten Kohlebürsten (20) zusammenwirken, welche über Anschlussleitungen (31, 34) und Anschlusskontakte (28) an eine Stromversorgung, vorzugsweise an ein Gleichstromnetz anschließbar sind, wobei ein kapazitives Entstörfilter (30) mit den Anschlussleitungen sowie über einen Masseanschluss (G) mit dem Polgehäuse (15) der elektrischen Maschine verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das kapazitive Entstörfilter (30) an der Stirnseite der elektrischen Maschine zwischen den Kohlebürsten (20) angeordnet ist und über seinen Masseanschluss (G) induktivitätsarm mit dem Polgehäuse (15) verbunden, sowie über jeweils gleich lange Anschlussleitungen (31) an die Kohlebürsten (21) einerseits und an die Anschlusskontakte (28) andererseits angeschlossen ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entstörfilter (30) als X2Y-Keramik-Filter mit zwei einander gegenüberliegenden Anschlüssen (A und B) ausgebildet ist, welche jeweils einer der beiden Kohlebürsten (20) zugewandt sind, so dass sie über die jeweilige Anschlussleitung (31) eine möglichst kurze elektrische Verbindung zu ihrer Kohlebürste (20) haben.
Elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden einander gegenüberliegenden Anschlüsse (A und B) des Entstörfilters (30) über die Anschlussleitungen (31, 34) symmetrisch mit den Kohlebürsten (20) und den Anschlusskontakten (28) der Maschine verbunden sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Masseanschluss (G) des Entstörfilters (30) über einen großflächigen Leiter (32) induktivitätsarm mit dem Polgehäuse (15) verbunden ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Masseanschluss (G) des Entstörfilters (30) symmetrisch zwischen den beiden mit je einer Kohlebürste (20) verbundenen Anschlüssen (A und B) angeordnet und mit dem großflächigen Leiter (32) kontaktiert ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Entstörfilter (30) und der mit dessen Masseanschluss (G) verbundene großflächige Leiter (32) auf einer Bürstenhalterplatte (22) zwischen den Bürstenhaltern (21) der beiden Kohlebürsten (20) fixiert ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der großflächige Leiter (32) bandförmig ausgebildet ist und an seinem Endbereich (32a) mit dem Masseanschluss (G) des Entstörfilters (30) flächig kontaktiert sowie mit seinem anderen Endbereich (32b) am Polgehäuse (15) flächig fixiert ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der bandförmige Leiter (32) ein Kupferblech ist, dessen dem Entstörfilter (30) abgewandter Endbereich (32b) zwischen der Bürstenhalterplatte (22) und der Stirnseite des Polgehäuses (15) festgeklemmt ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das X2Y-Keramik-Filter (30) einteilig ist und zwei einander gegenüberliegende Massepads (G1, G2) als Masseanschluss aufweist, die mit dem bandförmigen Leiter (32) flächig kontaktiert sind.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das X2Y-Keramik-Filter (30a) aus drei diskreten Kapazitäten besteht, wobei der Masseanschluss (G) zwischen den zwei in Reihe liegenden Y-Kapazitäten (C_y1, C_y2) und neben der dazu parallel liegenden X-Kapazität (C_x) angeordnet und flächig mit dem bandförmigen Leiter (32) kontaktiert ist.