DE19757279C1

DE19757279C1 - Kommutatormotor, insbesondere zum Antrieb eines Kraftfahrzeug-Servoantriebes, und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE19757279C1
Application number: DE19757279A
Authority: DE
Inventors: Peter Gastl; Heinrich Kirchner; Norbert Knaub
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG; Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 1999-08-26
Anticipated expiration: 2017-12-23
Also published as: EP1042858A1; EP1042858B1; WO1999033159A1; DE59802179D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kommutatormotor, insbe sondere zum Antrieb eines Kraftfahrzeug-Servoantriebes, und auf ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Kommutatormotoren der vorgenannten Art werden z. B. als Gleichstrommotore zum Antrieb von Hydraulikaggregaten von au tomatischen Bremssystemen oder z. B. für servounterstützte Lenkbetätigungen in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Derartige Kommutatormotore weisen in der Regel zumindest zwei Polpaare und somit vier, vorzugsweise permanenterregte, Stator-Erre gerpole und dementsprechend zwei Bürstenpaare mit entspre chend vier Bürsten auf; die Bürsten beschleifen Lamellen ei nes rotorseitigen Kommutators, an die eine Rotorwicklung mit in Nuten eines Rotor-Blechpaketes eingewickelten Ankerspulen angeschlossen ist.

Gemäß Aufgabe vorliegender Erfindung soll der Teile- und Fer tigungsaufwand eines derartigen, als Massenserienprodukt ge fertigten Kommutatormotors ohne Einschränkung seiner Be triebstüchtigkeit gemindert werden.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch einen Kommutatormotor gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zu dessen Herstel lung gemäß Anspruch 5; vorteilhafte Ausgestaltungen des Kom mutatormotors sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 4 und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 6, 7.

Der erfindungsgemäße Kommutatormotor erlaubt trotz einer Pol paarzahl größer als 1 einen Betrieb mit nur zwei Bürsten, wo bei die Lamellen-Kontaktbrücken, welche die üblicherweise vorgesehenen weiteren Bürsten ersetzen, bei Wicklungsherstel lung mitwickelbar sind und unerwünschte Ausgleichsströme auf einfache Weise vermieden werden können.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im folgenden anhand eines schematisch darge stellten Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläu tert; darin zeigen:

Fig. 1 die Abwicklung des Rotors eines vierpoligen Kommuta tormotors mit zwölf Nuten und zwölf Kommutator-Haken sowie mit zwei erfindungsgemäß über eine durchgewic kelte Lamellen-Kontaktbrücke in Reihe geschalteten Ankerspulen und mit nur über zwei Bürsten gespeistem Kommutator;

Fig. 2 die Abwicklung des Rotors gemäß Fig. 1 mit üblicher, ohne Lamellen-Kontaktbrücke an die Haken eines Kom mutators angeschlossenen Ankerspulen und mit über vier Bürsten gespeistem Kommutator;

Fig. 3, 4 den Rotor gemäß Fig. 1 mit vollständiger Wicklungsbe legung mit gemäß Fig. 3 durch einen ersten Flyer und gemäß Fig. 4 durch einen zweiten Flyer in die Nuten eingewickelten und mit jeweils einer Lamellen-Kon taktbrücke durchgewickelten Spulen;

Fig. 5 in einem Schaltbild die Kontaktierung der Ankerspu len gemäß Fig. 3, 4 mit den jeweiligen Kommutator- Haken und ihre gegenseitige Verschaltung über die Lamellen-Kontaktbrücken bei Speisung über nur zwei Bürsten;

Fig. 6 in perspektivischer Darstellung einen Rotor mit ge mäß Fig. 1 nur zwei erfindungsgemäß durch einen Flyer gewickelten und über eine durchgewickelte La mellen-Kontaktbrücke in Reihe geschalteten Anker spulen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines vierpoligen Kom mutatormotors mit vier Stator-Erregerpolen N1, S1; N2, S2 und einem Rotor mit zwölf Nuten N1-N12 zwischen zwölf Zähnen Z1-Z12 eines Rotorblechpaketes P und mit zwölf, an entspre chende Lamellen angeschlossenen jeweils von einem Spulenan fang bzw. einem Spulenende einer Ankerspule umschlungenen Kommutator-Haken H1-H12 erläutert.

Fig. 2 zeigt eine übliche Kommutatormotor-Wicklung, insbeson dere Gleichstrommotor-Wicklung, bei der konzentrierte Anker spulen SP1-SP12 mit jeweils in einer Nut untergebrachten Spu lenseiten fortlaufend in Reihe gewickelt sind; dazu sind zwei Ankerspulen SP1; SP2 angedeutet, die beispielsweise von einem Flyer ausgehend mit ihrem Spulenanfang von einem Kommutator- Haken H2 zunächst durch die Nut N1 und dann durch die Nut N4 mit mehreren Windungen und dann mit ihrem Spulenende zum fol genden Kommutator-Haken H3 gewickelt und nach dessen Um schlingung durch die Nut N2 mit ihrer ersten Spulenseite und durch die Nut N5 mit ihrer zweiten Spulenseite zur folgenden Ankerspule SP2 gewickelt werden. In üblicher Weise sind für den hier vorgesehenen vierpoligen Gleichstrommotor vier gleichmäßig am Umfang, jeweils unter einem Stator-Erregerpol N1, S1; N2, S2, verteilt angeordnete Bürsten B1; B2; B3; B4 vorge sehen und dazu jeweils die Bürsten B1 und B3 bzw. B2 und B4 parallel geschaltet, derart daß ein Bürstenstrom IB über die Bürsten B1 und B3 zufließen und über die Bürsten B2 und B4 wieder abfließen kann.

Fig. 1 zeigt die Rotorabwicklung eines erfindungsgemäßen Kom mutatormotors mit - zur deutlicheren Erläuterung - nur zwei dargestellten, z. B. von einem ersten Flyer wickelbaren, An kerspulen SP1 und SP2. Von diesem Flyer wird ein Spulendraht ausgehend von einem Kommutator-Haken H2 für den Spulenanfang zu einer mehrgängigen Ankerspule SP1 mit ihrer einen Spulen seite in der Nut N1 und ihrer anderen Spulenseite in der Nut N4 gewickelt und dann mit seinem Spulenende zum folgenden Kommutator-Haken H3 geführt; durch Fixierung des Flyers und tangentiales Verschwenken des Rotors wird anschließend eine Lamellen-Kontaktbrücke LB1 im Zuge der Wicklungsherstellung von dem Kommutator-Haken H3 im Abstand von etwa einer doppel ten Polteilung zu dem Kommutator-Haken H9 durchgewickelt und nach Umschlingen des Kommutator-Hakens H9 - bei nunmehr wie derum fixiertem Rotor, jedoch verschwenkbarem Flyer - die zweite Ankerspule SP2 durch die Nut N8 und durch die Nut N11 zum folgenden Kommutator-Haken H10 gewickelt. Anstelle der vier Bürsten B1-B4 im bekannten Fall gemäß Fig. 2 sind nunmehr nur zwei Bürsten B1; B2 im gegenseitigen Abstand einer Poltei lung vorgesehen. Die an sich üblicherweise vorgesehenen wei teren Bürsten sind in hinsichtlich vermindertem Teileaufwand und in fertigungstechnisch vorteilhafter Weise durch die im Zuge der Wicklungsherstellung durchwickelbaren Lamellen-Kon taktbrücken ersetzt.

Fig. 3, 4 zeigen in Abwicklung des gleichen Rotors die Vertei lung und Verknüpfung sämtlicher Ankerspulen; dabei sind nach einer Ausgestaltung der Erfindung die Ankerspulen SP1-SP6 ge mäß Fig. 3 durch einen ersten Flyer F1 und die Ankerspulen SPI-SPVI gemäß Fig. 4 durch einen zweiten Flyer, jeweils mit Durchwicklung der entsprechenden Lamellen-Kontaktbrücken LB1-LB6 bzw. LBI-LBVI, hergestellt.

Zweckmäßigerweise erfolgt das Wickeln der Spulen SP1-SP6 ge mäß Fig. 3 bzw. der Spulen SPI-SPVI gemäß Fig. 4 mit jeweils einem Flyer F1 bzw. F2 gleichzeitig, derart daß immer jeweils in einer gleichzeitigen Wicklungsbewegung des ersten Flyers und des zweiten Flyers eine Spulengruppe mit zwei diametral gegenüberliegenden Ankerspulen (z. B. SP5 bzw. SPV usw.) wic kelbar ist und dabei die beiden Ankerspulen im Sinne eines gleichen elektrischen Widerstandes, insbesondere aufgrund ih res gleichartigen Wickelkopfes, konfiguriert sind; damit kön nen auf besonders einfache Weise mit Sicherheit unerwünschte Ausgleichsströme durch die Lamellen-Kontaktbrücken vermieden werden.

Fig. 5 verdeutlicht nochmals die im Sinne einer Vermeidung von Ausgleichströmen vorteilhafte und trotzdem einschließlich der Lamellen-Kontaktbrücken einfach wickelbare Verteilung und ge genseitige Verknüpfung der Ankerspulen unter Berücksichtigung ihrer Anschlüsse an die Kommutator-Haken und ihrer gegensei tigen Parallelschaltung von diametral gegenüberliegenden Wicklungen über die Lamellen-Kontaktbrücken.

Im folgenden ist darüber hinaus das Wickelschema mit den ein zelnen Wicklungsschritten für einen ersten Flyer F1 und einen parallel arbeitenden zweiten Flyer F2 näher erläutert; dabei sind die beim jeweiligen Arbeitsschritt jeden Flyers anfal lenden Wicklungsbewegungen jeweils parallel verlaufend anzu nehmen.

Flyer 1:

1. Spulenanfang einhängen in Kommutator-Haken H2.
2. Erste Spule SP1 wickeln zwischen Paketnut N1 und N4.
3. Spulendraht einhängen in Kommutator-Haken H3.
4. Schwenkbewegung des Kommutators K zu Kommutator-Haken H9.
5. Spulendraht einhängen in Kommutator-Haken H9 (Erste Lamellen-Kontaktbrücke LB1).
6. Zweite Spule SP2 wickeln zwischen Paketnut N8 und N11.
7. Spulendraht einhängen in Kommutator-Haken H10.
8. Schwenkbewegung des Kommutators K zu Kommutator-Haken H4.
9. Spulendraht einhängen in Kommutator-Haken H4 (Zweite Lamellen-Kontaktbrücke LB2).
10. Dritte Spule SP3 wickeln zwischen Paketnut N3 und N6.
11. Spulendraht einhängen in Kommutator-Haken H5.
12. Schwenkbewegung des Kommutators K zu Kommutator-Haken H11.
13. Spulendraht einhängen in Kommutator-Haken 11 (Dritte Lamellen-Kontaktbrücke LB3).
14. Vierte Spule SP4 wickeln zwischen Paketnut N10 und N1.
15. Spulendraht einhängen in Kommutator-Haken H12.
16. Schwenkbewegung des Kommutators K zu Kommutator-Haken H6.
17. Spulendraht einhängen in Kommutator-Haken H6 (Vierte Lamellen-Kontaktbrücke LB4).
18. Fünfte Spule SP5 wickeln zwischen Paketnut N5 und N8.
19. Spulendraht einhängen in Kommutator-Haken H7.
20. Schwenkbewegung des Kommutators K zu Kommutator-Haken H1.
21. Spulendraht einhängen in Kommutator-Haken H1 (Fünfte Lamellen-Kontaktbrücke LB5).
22. Sechste Spule SP6 wickeln zwischen Paketnut N12 und N3.
23. Spulendraht einhängen in Kommutator-Haken H2.
24. Schwenkbewegung des Kommutators K zu Kommutator-Haken H8.
25. Spulendraht einhängen in Kommutator-Haken H8 (Sechste Lamellen-Kontaktbrücke LB6).
26. Spulendraht abschneiden.

Flyer 2:

1. Spulenanfang einhängen in Kommutator-Haken H8.
2. Erste Spule SPI wickeln zwischen Paketnut 7 und 10.
3. Spulendraht einhängen in Kommutator-Haken K9.
4. Schwenkbewegung des Kommutators K zu Kommutator-Haken H3.
5. Spulendraht einhängen in Kommutator-Haken H3 (Erste Lamellen-Kontaktbrücke LBI).
6. Zweite Spule SPII wickeln zwischen Paketnut N2 und N5.
7. Spulendraht einhängen in Kommutator-Haken H4.
8. Schwenkbewegung des Kommutators K zu Kommutator-Haken H10.
9. Spulendraht einhängen in Kommutator-Haken H10 (Zweite Lamellen-Kontaktbrücke LBII)
10. Dritte Spule SPIII wickeln zwischen Paketnut N9 und N12.
11. Spulendraht einhängen in Kommutator-Haken H11.
12. Schwenkbewegung des Kommutators K zu Kommutator-Haken H5.
13. Spulendraht einhängen in Kommutator-Haken H5 (Dritte Lamellen-Kontaktbrücke LBIII).
14. Vierte Spule SPIV wickeln zwischen Paketnut N4 und N7.
15. Spulendraht einhängen in Kommutator-Haken H6.
16. Schwenkbewegung des Kommutators K zu Kommutator-Haken H12.
17. Spulendraht einhängen in Kommutator-Haken H12 (Vierte Lamellen-Kontaktbrücke LBIV).
18. Fünfte Spule SPV wickeln zwischen Paketnut N11 und N2.
19. Spulendraht einhängen in Kommutator-Haken H1.
20. Schwenkbewegung des Kommutators K zu Kommutator-Haken H7.
21. Spulendraht einhängen in Kommutator-Haken H7 (Fünfte Lamellen-Kontaktbrücke LBV).
22. Sechste Spule SPVI wickeln zwischen Paketnut N6 und N9.
23. Spulendraht einhängen in Kommutator-Haken H8.
24. Schwenkbewegung des Kommutators K zu Kommutator-Haken H2.
25. Spulendraht einhängen in Kommutator-Haken H2 (Sechste Lamellen-Kontaktbrücke LBVI).
26. Draht abschneiden.

Fig. 6 zeigt in perspektivischer Darstellung den Rotor eines Gleichstrommotors für einen Kraftfahrzeug-Servoantrieb. Auf einer Rotorwelle R sind ein mit Nuten N1-N12 versehenes Blechpaket P sowie ein Kommutator K mit Lamellen LM1-LM12 und mit Kommutator-Haken H1-H12 an deren blechpaketseitigen Enden gehaltert. Die Rotorwelle R reicht an ihrem linken Ende mit einer Schneckenwelle SW in einen hier nicht dargestellten Servo-Antrieb einer elektrischen Kupplung in einem Kraftfahr zeug.

In Übereinstimmung mit der vereinfachten Darstellung gemäß Fig. 1 sind die beiden in Fig. 1 dargestellten Ankerspulen SP1 bzw. SP2 mit ihren entsprechenden Anschlüssen an die Kommuta tor-Haken H2; H3 bzw. H9; H10 eingetragen. Diese konzentrierten Ankerspulen sind jeweils mittels eines von zwei jeweils um ei ne Drehachse D1 bzw. D2 über der Oberfläche des Blechpaketes P schwenkbaren und dabei den jeweils gleichen Spulendraht aus einem Spulenmagazin M1 bzw. M2 auswickelnden Flyern F1 bzw. F2 mit ihrer einen Spulenseite in die erste Nut N1 und mit ihrer zweiten Spulenseite in die zweite Nut N4 bei jeweils fixiertem Blechpaket P einwickelbar. Am Ende des Einwickelns der konzentrierten Ankerspule SP1; SP1 wird der Flyer festge halten und der Rotor mit dem Kommutator K selbst tangential verschwenkt, derart daß die Lamellen-Kontaktbrücke vom Kommu tator-Haken H3 zum Kommutator-Haken H9 auf einfache Weise durch tangentiales Durchwickeln zwischen diesen Kommutator- Haken herstellbar ist.

Die Lamellen-Kontaktbrücken, von denen hier nur die eine La melle-Kontaktbrücke LB1 dargestellt ist, werden zweckmäßiger weise abgestützt bzw. fixiert auf dem äußeren Umfang des Ro torwellenabschnittes zwischen dem kommutatorhakenseitigen En de des Kommutators K und der gegenüberliegenden Stirnseite des Blechpaketes P; dabei ist eine Isolierung der Oberfläche der Rotorwelle R in besonders einfacher Weise dadurch er reichbar, daß in an sich bekannter Weise eine stirnseitig vor dem Rotorblechpaket P liegende Kunststoffisolier-Endscheibe E mit einer die Rotorwelle R umfassenden isolierenden Nabe N abgedeckt ist.

Die vorstehend anhand eines vierpoligen Kommutatormotors er läuterte Erfindung umfaßt hinsichtlich ihres Lösungsprinzips auch Elektromotore höherer Polpaarzahl.

Claims

1. Kommutatormotor, insbesondere zum Antrieb eines Kraftfahr zeug-Servoantriebes

1. mit zumindest vier Stator-Erregerpolen (N1, S1; N2, S2);
2. mit einer geraden Anzahl von konzentrierten, in Reihe ge schalteten Ankerspulen (SP1-SP6; SPI-SPVI), welche Anzahl größer ist als die Anzahl der Stator-Erregerpole;
3. mit jeweils bei vier Stator-Erregerpolen nur zwei, im ge genseitigen Abstand einer Polteilung einen Kommutator (K) kontaktierenden Bürsten (B1; B2);
4. mit bei Wicklung der Ankerspulen (SP1-SP6; SPI-SPVI) je weils im Übergang zwischen zwei hintereinander geschal teten Ankerspulen zwischen den entsprechenden Kommutator- Haken (H1-H12) durchgewickelten bürstenlosen Lamellen-Kon taktbrücken (LB-LB6; LBI-LBVI);
5. mit einer Lamellen-Kontaktbrückenlänge von etwa einer dop pelten Polteilung;
6. mit einer Parallelschaltung von am Umfang jeweils diame tral gegenüberliegenden Ankerspulen (SP1; SP1 bzw. SP2; SPII bzw. SP3; SPIII bzw. SP4; SPIV bzw. SP5; SPV bzw. SP6; SPVI).

2. Kommutatormotor nach Anspruch 1

1. mit jeweils im Sinne eines gleichen elektrischen Wider standes gewickelten bzw. konfigurierten Paaren von diamet ral gegenüberliegenden Ankerspulen(SP1, SPI; SP2; SPII usw.).

3. Kommutarormotor nach Anspruch 1 und/oder 2

1. mit jeweils durch je einen Flyer F1 bzw. F2 einer Wickel vorrichtung getrennt, jedoch gleichzeitig gewickelten diametral gegenüberliegenden Ankerspulen.

4. Kommutatormotor nach Anspruch 1

1. mit einer Abstützung und/oder Fixierung der Lamellen-Kon taktbrücken im Bereich eines elektrisch isolierten Ab schnittes der Rotorwelle R des Kommutatormotors zwischen dessen Kommutator (K) und Blechpaket (P) des Rotors.

5. Verfahren zur Wicklungsherstellung eines Kommutatormotors nach zumindest einem der Ansprüche 1-4

1. mit einer Herstellung der Rotorwicklung mit jeweils auf einanderfolgenden Ankerspulenpaaren bestehend aus je zwei diametral gegenüberliegenden Ankerspulen.

6. Verfahren nach Anspruch 5

1. mit jeweils gleichzeitiger Wicklung der Ankerspulen eines Ankerspulenpaares mit je einem für jede Ankerspule vorgesehenen Flyer F1 bzw. F2 einer Wickelvorrichtung.

7. Verfahren nach Anspruch 6

1. mit einer Dreh-Schwenkbewegung des Flyers F1 bzw. F2 zum Wickeln jeweils einer Ankerspule (z. B. SP1) mit Kontaktie rung ihres Spulenanfangs an einem ersten Kommutator-Haken (H1) und ihres Spulenendes mit einem zweiten Kommutator- Haken (H2) bei ruhend fixiertem Kommutator (K);
2. mit einer tangentialen Schwenkbewegung des Kommutators (K) zur Durchwicklung jeweils einer Lamellen-Kontaktbrücke zwischen dem zweiten Kommutator-Haken (H2) der ersten Ankerspule (SP1) und dem ersten Kommutator-Haken (H9) für den Ankerspulenanfang der zweiten, in Reihe gewickelten Ankerspule (z. B. SP2)bei ruhend fixiertem Flyer (Fig. 1).