DE19513863A1 - Elektromotor und Verfahren zum Einstellen des Elektromotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Derartige Motoren werden zum Beispiel in Scheibenwischanlagen von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Die Motoren sind so einge­ richtet, daß sie in zwei Geschwindigkeitsstufen betrieben werden können. Dadurch ergibt sich für den Fahrer die Mög­ lichkeit, die Wischfrequenz der Regenintensität anzupassen.

Um diese Möglichkeit zu realisieren, sind die Motoren, bei denen es sich üblicherweise um Gleichstrom-Kommutatormotoren handelt, mit einem Bürstensystem versehen, das aus drei Bür­ sten besteht. Die erste und zweite Bürste liegen diametral am Kommutator gegenüber, d. h. sie schließen einen Winkel von 180° ein. Werden diese beiden Bürsten an eine Spannungsquelle gelegt, so dreht sich der Motor in einer ersten Geschwindigkeitsstufe I.

Den beiden Bürsten ist eine dritte Bürste zugeordnet, die einen Winkel mit der zweiten Bürste einschließt. Wird nun die erste und dritte Bürste an eine Spannungsquelle gelegt, so läuft der Motor in einer zweiten Geschwindigkeitsstufe II, wobei die Winkelgeschwindigkeit des Motors in der zweiten Stufe größer ist als in der ersten.

Die Winkelgeschwindigkeit des Motors in der zweiten Stufe hängt vom Versatzwinkel zwischen der zweiten und der dritten Bürste ab. Das heißt, es besteht die Möglichkeit durch Ände­ rung des Versatzwinkels die Drehgeschwindigkeit des Elek­ tromotors in der zweiten Stufe II zu beeinflussen. Tatsäch­ lich wird diese Möglichkeit auch genutzt, da die Anforderun­ gen der Fahrzeughersteller hinsichtlich der Geschwindigkeiten der zweiten Stufe sehr unterschiedlich sind. Dies bedeutet, daß für die einzelnen Motoren, die für die Wischanlage von unterschiedlichen Fahrzeugtypen hergestellt werden, zunächst unterschiedliche Bürstentrageplatten hergestellt werden müs­ sen, bei der die veränderte Winkellage zwischen der zweiten und der dritten Bürste berücksichtigt wird. Außerdem müssen die Werkzeuge bzw. Roboter, die die Bürsten bzw. die Köcher, in denen die Bürsten geführt sind, und die Bürstentrageplatte montieren den jeweiligen Bedingungen angepaßt werden.

Die Erfindung beruht daher auf der Aufgabe, einen Elektromo­ tor zu entwickeln, der mit geringem Aufwand, auf unterschied­ liche Winkelgeschwindigkeiten für eine zweite Geschwindig­ keitsstufe II eingestellt werden kann.

Die Aufgabe wird für einen Elektromotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und mit den zusätzlichen Merkma­ len gelöst, daß entweder der Bürstensatz bei unveränderter Winkellage der Bürsten untereinander gegenüber der neutralen Zone des Magnetfeldes des Stators verdreht wird oder daß die Ausrichtung des Kommutators zum Anker verändert wird.

Insbesondere die zweite Maßnahme läßt sich sehr leicht durch­ führen, da die notwendigen Winkeländerungen nur sehr klein sind.

Da das Bürstensystem insgesamt gedreht wird, ändert sich natürlich auch die Geschwindigkeit in der ersten Geschwindig­ keitsstufe I.

Diese Änderung ist aber in Relation zur Grundeinstellung deutlich kleiner als für die zweite Geschwindigkeitsstufe. Die Änderung in der ersten Geschwindigkeitsstufe kann daher hin­ genommen werden, da sie innerhalb der von den Auftraggebern geforderten Toleranzbreite liegt.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt die elektrische Beschaltung eines Elektromo­ tors,

Fig. 2 die typische Anordnung eines Bürstensystems bestehend aus drei Bürsten auf einer Bürstentrageplatte,

Fig. 3 a, b, c zeigen sowohl in Draufsicht als auch im Quer­ schnitt eine Welle mit einem darauf angeordneten An­ ker und Kollektor, wobei Anker und Kollektor unter­ schiedlich zueinander ausgerichtet sind.

Die Fig. 1 zeigt einen elektrischen Schaltplan zum Betrieb eines Elektromotors in zwei Geschwindigkeitsstufen. Der Elek­ tromotor wird hier repräsentiert durch den Kollektor 11, so­ wie einer ersten Bürste 12, einer zweiten Bürste 13 und einer dritten Bürste 14, die den Kollektor 11 kontaktieren. Bei dem Elektromotor, der hier repräsentiert werden soll, handelt es sich um einen zweipoligen Gleichstromkommutatormotor.

Die drei Bürsten 12, 13 und 14 liegen in zwei schaltbaren Stromkreisen mit einer Spannungsquelle 31, die einen Pluspol 30 und einen Minuspol 32 aufweist. Die Spannungsquelle kann z. B. durch die Batterie des Bordnetzes eines Fahrzeuges rea­ lisiert werden. Weiterhin ist ein Schalter 20 vorgesehen, dessen Brücke 21 in einer ersten Stufe I die erste Bürste 12 und die zweite Bürste 13 mit der Batterie 31 verbindet. Die dritte Bürste 14 ist dabei vom Stromkreis getrennt. In dieser ersten Schaltstufe I dreht sich der Motor mit einer ersten Winkelgeschwindigkeit, wobei sich die vom Motor angetriebenen Wischer in einer ersten Frequenz über die zu wischende Schei­ be bewegen.

In einer zweiten Schaltstellung 11 schließt die Brücke 21 einen Stromkreis mit der Spannungsquelle 31 zwischen der er­ sten Bürste 12 und der dritten Bürste 14. Die zweite Bürste ist dabei vom Stromkreis getrennt. In dieser Konstellation dreht sich der Motor mit einer zweiten Winkelgeschwindigkeit, und der Wischer bewegt sich daher mit einer zweiten Frequenz über die zu wischende Scheibe. Dabei ist die Wischgeschwin­ digkeit in der ersten Stufe kleiner als in der zweiten Stufe.

Eine typische Anordnung von Bürsten 12, 13, 14 ist in der Fig. 2 dargestellt. Diese sind auf einer Bürstentrageplatte 1 angeordnet, die einen zentralen Durchbruch 2 für den Kollek­ tor aufweist. Die Bürsten 12, 13, 14 sind in Köchern 3, 4, 5 geführt, die zum zentralen Durchbruch 2 hin ausgerichtet sind. Die Köcher 3, 4, 5, werden mit Laschen an der Bürsten­ trageplatte 1 befestigt, wozu diese entsprechende Ausnehmun­ gen aufweist. In der Darstellung nach Fig. 2 beträgt der Win­ kel zwischen der zweiten Bürste 13 und der dritten Bürste 14 70/. Wie schon erläutert, kann durch die Veränderung dieses Winkels die Geschwindigkeit des Motors in der zweiten Ge­ schwindigkeitsstufe II geändert werden.

Wie ohne weiteres zu erkennen, ist dazu eine andere Bürsten­ trageplatte notwendig, deren Ausnehmungen zum Aufnehmen der Laschen zum Befestigen der Köcher anders angeordnet sind, d. h. daß für jeden Motor, der in einer anderen zweiten Ge­ schwindigkeitsstufe betrieben werden soll, eine gesonderte Bürstentrageplatte hergestellt werden muß. Außerdem müssen die automatischen Werkzeuge, die die Köcher an der Bürsten­ trageplatte befestigen, an die unterschiedlichen geometri­ schen Bedingungen angepaßt werden.

In den Teilfiguren 3a, b und c soll nun im folgenden eine andere Möglichkeit zum Einstellen der zweiten Geschwindig­ keitsstufe aufgezeigt werden.

Die Fig. 3b zeigt eine übliche Einstellung des Kollektors zum Anker, wie sie im folgenden als Ausgangssituation bzw. Grund­ situation angenommen werden soll. Auf einer Welle 40 ist ein Anker 41 befestigt. Dieser besteht wie üblich aus sternförmig ausgestanzten Blechen, die aufeinander geschichtet werden, wobei sich in Längsrichtung Nuten 42 zwischen den Armen 48 ausbilden, durch denen die Stränge der Ankerwicklung verlau­ fen. Im Ausführungsbeispiel sind die Nuten geschrägt, d. h. sie verlaufen windschief zur Achse der Welle 40. Mit dieser Maßnahme wird ein ruhigerer Lauf des Motors bewirkt.

Der Kollektor 43 besteht aus mehreren Lamellen 44, die in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind, und jeweils durch eine Trennfuge 45 galvanisch voneinander getrennt sind. Über Haken 46 an jeder Lamelle 44 werden die Lamellen des Kollektors mit den Wicklungssträngen des Ankers verbunden.

Der Anker 41 läuft in einem Magnetfeld, das durch zwei Perma­ nentmagnete 50, 51, die in der jeweiligen Schnittdarstellung entlang der Linie A-A dargestellt sind, gebildet wird. Diese bilden den Stator des Elektromotors. Die Magnete 50, 51 sind als Halbschalen ausgebildet, und schließen einen Luftspalt mit dem zylinderförmigen Anker 41 ein.

Die Zuordnung der Stränge der Ankerwicklung zu den einzelnen Lamellen 44 sowie die Ausrichtung der Bürsten, insbesondere der diametral gegenüberliegenden Bürsten 12, 13 zum Kollektor 43 ist derart, daß das bei einer Bestromung der Ankerwicklung in der Schaltstellung I ein Ankerfeld entsteht, dessen Achse durch die sogenannte Neutralzone zwischen den Magneten 50, 51 verläuft. Diese Neutralzone wird definiert durch die Anord­ nung der Magnete 50, 51 und verläuft durch den offenen Be­ reich zwischen den Magneten 50 und 51.

Die Winkellage der Achse des Ankerfeldes kann nun verändert werden, indem entweder die Bürstenanordnung gegenüber der Anordnung der Magnete verdreht, oder aber die Winkellage der Lamellen zu den einzelnen Nuten 42 des Ankers 41 wird.

Beide Maßnahmen sind an sich bekannt, um das Verhalten des Elektromotors, d. h. Geschwindigkeit bzw. Momentenabgabe unter Last zu beeinflussen.

Gemäß Fig. 3b ist die Ausgangssituation dadurch definiert, daß die Trennfugen 45 mit den Armen 48 des Ankers fluchten.

Da die Anzahl der Lamellen 44 der Anzahl der Nuten 47 ent­ spricht, fluchtet jede Trennfuge 45 mit jeweils einem Anker­ arm 48. Dies ist deutlich in der Schnittdarstellung der Fig. 3b zu erkennen.

Wird nun die Ausrichtung der Fugen 45 zu den Armen 48 ver­ ändert, z. B. wie in Fig. 3a um minus 5 Grad bzw. in Fig. 3c um plus 5 Grad verändert, so beeinflußt dies die Ausrichtung des Ankerfelds zur neutralen Zone des Stators, der durch die beiden Magnete 50, 51 gebildet wird.

Diese Änderung hat Einfluß sowohl auf die Geschwindigkeit des Elektromotors in der ersten als auch ihn der zweiten Ge­ schwindigkeitsstufe. Dabei hat sich herausgestellt, daß die Geschwindigkeitsänderung in der ersten Stufe kleiner ist als in der zweiten Stufe.

Dies eröffnet die Möglichkeit, bei sonst gleicher Winkellage der Bürsten 12, 13, 14 zueinander eine deutliche Änderung der Geschwindigkeiten in der zweiten Stufe entweder durch Verdre­ hung des Kommutators zum Anker oder aber durch eine Verdre­ hung des Bürstensystems zum Stator zu erzielen. Eine kleine Veränderung der Geschwindigkeit in der ersten Stufe wird da­ bei hingenommen.

Will man die Winkellage der Bürsten ändern, so sind die Aus­ richtungselemente, mit denen die Bürstentrageplatte im Gehäu­ se festgelegt ist, entsprechend anzupassen. Dies dürfte in der Regel umständlicher und mit hohem Aufwand verbunden sein. Es ist daher einfacher die Lage des Kommutators 43 zum Anker 41 zu ändern.

Die Änderung der Ausrichtung des Kommutators zum Anker kann entweder vor dem Bewickeln des Ankers oder danach erfolgen.

In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel, bei denen die zweite und die dritte Bürste einen Winkel von 70/einschlie­ ßen, beträgt die Drehzahl in der zweiten Stufe ca. 65 Um­ drehungen/Minute (U/min).

Bei einer Umdrehung von 5/entgegen der Ankerdrehrichtung wird eine Erhöhung von ca. 5 U/min also auf 70 U/min in Stufe 2 erreicht. Bei einer Verdrehung des Kommutators um 5/mit der Ankerdrehungsrichtung, ergibt sich eine Erniedrigung von ca. 5 U/min.

Die Drehzahländerung in der ersten Stufe liegt bei diesem Ausführungsbeispiel bei jeweils ca. 1 U/min. Diese Änderung kann hingenommen werden, da sie sich bei der Wischwirkung der ersten Stufe nicht bemerkbar macht.

Claims (3)

1. Elektromotor mit einem Stator, der mindestens 2 Magnet­ pole (50, 51) aufweist, der aus einem auf einer Welle (40) befestigten Anker (41) besteht, wobei der Anker (41) Längsnuten (42) aufweist, in denen eine Ankerwick­ lung (47) verlegt ist, wobei die Ankerwicklung (47) mit einem Kommutator (43) elektrisch leitend verbunden ist, der aus mehreren in Umfangsrichtung nebeneinander an­ geordneten Lamellen (44) besteht, zwischen denen Trenn­ fugen (45) vorhanden sind, wobei diese eine vorbestimmte Winkellage zu den Ankernuten (42) einhalten, mit einer ersten Bürste (12) und einer zweiten Bürste (13), die im wesentlichen diametral am Kommutator (43) gegenüberlie­ gen und einer weiteren dritten Bürste (14), die in Um­ fangsrichtung gegenüber der zweiten Bürste (13) versetzt ist, mit einer elektrischen Schaltung, mit deren Hilfe entweder die erste Bürste (12) und die zweite Bürste (13) oder aber die erste Bürste (12) und die zweite Bür­ ste (14) an eine Spannungsquelle gelegt sind, um zu er­ reichen, daß der Elektromotor je nach Schaltung in zwei Geschwindigkeitsstufen betrieben werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkellage der Bürsten zum Sta­ tor zur Veränderung der Geschwindigkeit in der zweiten Stufe unter Beibehaltung der relativen Winkellage unte­ reinander und/oder die Winkellage des Kollektors zum Anker verstellbar ist.

2. Verfahren zum Einstellen eines Elektromotors, dessen Bürsten/Kollektoranordnung 3 Bürsten aufweist, deren Lage zueinander nicht veränderbar ist, mit einem Stator, der mindestens 2 Magnetpole (50, 51) aufweist, der aus einem auf einer Welle (40) befestigten Anker (41) be­ steht, wobei der Anker (41) Längsnuten (42) aufweist, in denen eine Ankerwicklung (47) verlegt ist, wobei die Ankerwicklung (47) mit einem Kommutator (43) elektrisch leitend verbunden ist, der aus mehreren in Umfangsrich­ tung nebeneinander angeordneten Lamellen (44) besteht, zwischen denen Trennfugen (45) vorhanden sind, wobei diese eine einstellbare oder vorbestimmte Winkellage zu den Ankernuten (42) einhalten, mit einer ersten Bürste (12) und einer zweiten Bürste (13), die im wesentlichen diametral am Kommutator (43) gegenüberliegen und einer weiteren dritten Bürste (14), die in Umfangsrichtung gegenüber der zweiten Bürste (13) versetzt ist, mit ei­ ner elektrischen Schaltung, mit deren Hilfe entweder die erste Bürste (12) und die zweite Bürste (13) oder aber die erste Bürste (12) und die zweite Bürste (14) an eine Spannungsquelle gelegt sind, um zu erreichen, daß der Elektromotor je nach Schaltung in zwei Geschwindigkeits­ stufen betrieben werden kann, dadurch gekennzeichnet, das zur Einstellung der gewünschten Geschwindigkeit in der zweiten Geschwindigkeitsstufe die Winkellage der Bürsten zum Stator, und/oder die Winkellage des Kollek­ tors zum Anker verstellt wird.

3. Satz aus Elektromotor mit einem Stator, der mindestens 2 Magnetpole (50, 51) aufweist, der aus einem auf einer Welle (40) befestigten Anker (41) besteht, wobei der Anker (41) Längsnuten (42) aufweist, in denen eine An­ kerwicklung (47) verlegt ist, wobei die Ankerwicklung (47) mit einem Kommutator (43) elektrisch leitend ver­ bunden ist, der aus mehreren in Umfangsrichtung neben­ einander angeordneten Lamellen (44) besteht, zwischen denen Trennfugen (45) vorhanden sind, wobei diese eine einstellbare vorbestimmte Winkellage zu den Ankernuten (42) einhalten, mit einer ersten Bürste (12) und einer zweiten Bürste (13), die im wesentlichen diametral am Kommutator (43) gegenüberliegen und einer weiteren drit­ ten Bürste (14), die in Umfangsrichtung gegenüber der zweiten Bürste (13) versetzt ist, mit einer elektrischen Schaltung, mit deren Hilfe entweder die erste Bürste (12) und die zweite Bürste (13) oder aber die erste Bür­ ste (12) und die zweite Bürste (14) an eine Spannungs­ quelle gelegt sind, um zu erreichen, daß der Elektro­ motor je nach Schaltung in zwei Geschwindigkeitsstufen betrieben werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Bürsten der Elektromotoren einen gleichen Winkel­ abstand aufweisen, aber die Winkellage des Kollektors zum Anker unterschiedlich ist, so daß die Motoren bei gleicher Stromversorgung und gleicher Last mit unter­ schiedlichen Drehgeschwindigkeiten laufen.