DE202019102493U1

DE202019102493U1 - Gleichstrom-Elektromotor mit Kommutator

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Publication number: DE202019102493U1
Application number: DE202019102493.3U
Authority: DE
Original assignee: Brano AS
Current assignee: Brano AS
Priority date: 2018-05-07
Filing date: 2019-05-03
Publication date: 2019-05-20
Anticipated expiration: 2029-05-04
Also published as: CN210898831U; CZ309732B6; CZ2018216A3

Abstract

Der Gleichstrom-Elektromotor mit Kommutator, insbesondere für Kraftfahrzeuge, eingeschlossen im elektrisch leitfähigen Gehäuse (10), das um den Umfang (2) des Elektromotors (1) herum und an der Stirnseite (3) des Elektromotors (1) angeordnet ist, durch die die Ausgangswelle (4) durchgeht, wobei der Gleichstrom-Elektromotor auf der gegenüberliegenden Stirnseite (5) auf der Kommutatorseite (6) des Elektromotors (1) mit einer Abschirmung (11) mit gedruckten Schaltungen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (11) drei übereinander angeordnete Tragschichten (12, 14, 16) von gedruckten Schaltungen umfasst, die voneinander durch Isolationsschichten (13, 15) getrennt sind, wobei
- die obere zur Stirnseite (5) der Kommutatorseite (6) des Elektromotors (1) zugewandte Tragschicht (16) mit dem LC-Filter (18) versehen ist, der mit seinen Ausgangsanzapfungen (28, 29) leitfähig mit elektrischen Anzapfungen (7, 8) des Elektromotors verbunden ist,
- die mittlere Tragschicht (14) mit zwei nebeneinander angeordneten, voneinander isolierten mittleren leitfähigen Platten (31, 32) mit Öffnungen (31a, 32a) versehen ist,
- die untere Tragschicht (16) mit einer unteren leitfähigen Platte (33) mit Öffnungen (33a, 33b) versehen ist,
- die Durchführungshülsen (37, 38) in den Öffnungen (31a, 32a) der mittleren leitfähigen Platten (31, 32) elektrisch leitfähig angeordnet sind, die mit ihren einen Endstücken elektrisch isoliert durch die Öffnungen (33a, 33b) der unteren leitfähigen Platte (33) durchgehen, und die mit ihren anderen Endstücken mit den Eingangsanzapfungen (26, 27) des LC-Filters der oberen Tragschicht (16) verbunden sind, und
- die untere leitfähige Platte (33) um den Umfang herum durch ein elektrisch leitfähiges schirmendes Umfangsgehäuse (17) mit einem leitfähigen Gehäuse (10) des Elektromotors (1) verbunden ist.

Description

Technisches Sachgebiet
Die Erfindung betrifft den Gleichstrom-Elektromotor mit Kommutator, insbesondere für Kraftfahrzeuge, der in einem um den Umfang des Elektromotors und an der Stirnseite des Elektromotors angeordneten elektrisch leitfähigen Gehäuse eingeschlossen ist, durch das die Ausgangswelle durchgeht, und der an der gegenüberliegenden Stirnseite an der Kommutatorseite des Elektromotors mit einer Abschirmung mit gedruckten Schaltungen versehen ist.
Der bisher bekannte Stand der Technik
Der Gleichstrom-Elektromotor mit Kommutator strahlt bei seinem Betrieb elektromagnetische Störungen aus, die aus den Kommutatoren des Elektromotors ausgesendet werden. Die elektromagnetische Störung ist eine unerwünschte Erscheinung, die von den Herstellern der Anlagen möglichst minimiert wird. Zulässige Grenzwerte der Störung werden in den Verordnungen einzelner Länder festgelegt oder sie werden selbst durch die Hersteller für konkrete Anwendungen im Kraftfahrzeug festgelegt. Bei den Gleichstrom-Elektromotoren mit Kommutator ist es schwierig, die vorgeschriebenen Grenzwerte der Störung zu erfüllen. Die Entstörung wird mit solchen Mitteln erreicht, die allgemein bekannte Teile wie bipolare Kondensatoren oder Durchführungskondensatoren, Drosselspulen oder eine Schirmung mit einer zusätzlichen leitfähigen und geerdeten Einhausung der elektrischen Anlage enthalten. Für die Entstörung sind sog. LC-Filter bekannt, die aus den Spulen und Kondensatoren bestehen, die angeschlossen werden. Diese Filter werden an den Elektromotor innen oder außen des Elektromotorgehäuses angeschlossen. Sie werden überall dort eingesetzt, wo eine unterschiedliche Frequenzcharakteristik des Filters im durchlässigen und undurchlässigen Bereich gefordert wird.
Aus dem Dokument CN201584861 ist zum Beispiel ein EMC-Filter mit einer Platte mit gedruckten Schaltungen bekannt, der an den Elektromotor angelötet ist. Der EMC-Filter enthält eine Umfangsplatte, die mit einer EMC-Filterplatte versehen ist und an einem Ende der Ausgangswelle des Motors angelötet ist, wobei die Öffnung, durch die die Ausgangswelle des Motors geführt wird, an der Platte mit gedruckten Schaltungen angeordnet ist, und die Versorgungsöffnungen, in die die Versorgungsklemmen des Motors eingelegt sind, an der Umfangsplatte angeordnet sind. Die leitfähigen Kupferschichten sind um die Versorgungsöffnungen herum angeordnet. Der EMC-Filter und das Lötverfahren sind einfach, die Fertigungskosten sind niedrig und die Wirksamkeit des Filters ist hoch.
Unzählige Verfahren und Mittel für die elektromagnetische Entstörung von Elektromotoren sind bekannt. Der Nachteil der bisher bekannten Lösungen besteht in einer übermäßigen Größe von Platten mit gedruckten Schaltungen, in einer nicht ausreichenden Wirksamkeit, in einem nicht ausreichenden Verlauf der Frequenzcharakteristik des Filters oder in einer nicht geeigneten Anordnung, die den Einsatz eines Gleichstrom-Elektromotors mit Kommutator in den Zusatz- und Bedienungseinrichtungen eines Kraftfahrzeugs nicht möglich macht.
Das Wesen der Erfindung
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, elektromagnetische Störungen bei kleinen Gleichstrom-Elektromotoren mit Kommutator zu minimieren, die für die Bedienung oder den Antrieb verschiedenster in den Kraftfahrzeugen installierter zusätzlicher Geräte eingesetzt werden. Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, den Einsatz eines Gleichstrom-Elektromotors mit Kommutator in Geräten möglich zu machen, für die die strengen EMC-Grenzwerte gelten und bei denen sonst der kostspieligste kommutatorfreie Elektromotor eingesetzt werden müsste. Das nächste Ziel ist die Unterdrückung der elektromagnetischen Störung des Gleichstrom-Elektromotors mit Kommutator für den Einsatz im Mechanismus zur Positionierung von Sitzen im Kraftfahrzeug.
Durch den Gleichstrom-Elektromotor mit Kommutator nach Anspruch 1 werden die Nachteile des bisher bekannten Standes der Technik in großem Maße beseitigt und das Ziel der Erfindung wird erfüllt. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gleichstrom-Elektromotors mit Kommutator sind in den abhängigen Ansprüchen 2 - 4 angegeben.
Der erfindungsgemäße Gleichstrom-Elektromotor mit Kommutator weist eine Abschirmung bestehend aus einer mehrschichtigen gedruckten Schaltung mit einer räumlichen Kombination aus einem LC-Filter, einem Durchführungskondensator und einem schirmenden Gehäuse auf. Der erfindungsgemäße Gleichstrom-Elektromotor mit Kommutator weist eine Abschirmung auf, die sowohl die Störung durch das Ausstrahlen als auch die in Leitern verbreitete Störung unterdrückt. Die Abschirmung des erfindungsgemäßen Gleichstrom-Elektromotors mit Kommutator zeigte bei der Überprüfung im EMC-Labor eine hohe Wirksamkeit.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Gleichstrom-Elektromotors mit Kommutator bestehen insbesondere darin, dass die elektromagnetische Störung auf eine niedrigere Ebene reduziert wird, die die vorgeschriebenen Grenzwerte der Störung erfüllt.
Figurenliste
Der erfindungsgemäße Gleichstrom-Elektromotor mit Kommutator wird auf den Zeichnungen dargestellt, die zeigen

1 in einer Seitenansicht einen Elektromotor mit einer Abschirmung,
2 eine Anordnung von Schichten einer Abschirmung,
3 eine Anordnung einer oberen Schicht einer gedruckten Schaltung,
4 eine Anordnung einer mittleren Schicht einer gedruckten Schaltung,
5 eine Anordnung einer unteren Schicht einer gedruckten Schaltung und
6 eine Schaltung eines LC-Filters.

Ausführungsbeispiele der Erfindung
Gemäß 1 ist der Gleichstrom-Elektromotor mit Kommutator 1 um seinen Umfang 2 herum mit einem elektrisch leitfähigen Gehäuse 10 versehen, das in die Stirnseite 3 des Elektromotors übergeht, aus der die Ausgangswelle 4 hervortritt. An der Stirnseite 5 der gegenüberliegenden Kommutatorseite 6 des Elektromotors 1 ist eine Abschirmung 11 angeordnet, an deren zur Stirnseite 5 der Kommutatorseite 6 des Elektromotors 1 zugewandten Seite der LC-Filter 18 in Form von gedruckten Schaltungen angeordnet ist, aus dem die Spulen L1, L2 hervortreten. Der LC-Filter 18 ist mit seinen Ausgangsanzapfungen an die elektrischen Anzapfungen 7, 8 des Elektromotors 1 angeschlossen. An der entgegengesetzten Seite, die von der Stirnseite 5 des Elektromotors abgewandt ist, treten aus der Abschirmung 11 die Eingangsanzapfungen des LC-Filters 18 hervor, die an die Speiseleiter 21, 22 des Stromnetzes eines Kraftfahrzeugs angeschlossen sind. Die Abschirmung 11 ist ihrem Umfang entlang mit einem leitfähigen schirmenden Gehäuse 17 versehen, das die Abschirmung 11 mit dem leitfähigen Gehäuse 10 des Elektromotors 1 verbindet.
Aus 2 ist die Anordnung der Tragschichten 12, 14, 16 der gedruckten Schaltungen und der Isolationsschichten 13, 15 einer Abschirmung ersichtlich. Die Isolationsschicht 13 ist zwischen der oberen Tragschicht 12 und der mittleren Tragschicht 14 angeordnet und die Isolationsschicht 15 ist zwischen der mittleren Tragschicht 14 und der unteren Tragschicht 16 angeordnet.
Gemäß 3 ist die obere Tragschicht 12, auf der gemäß 1 zur Stirnseite 5 der Kommutatorseite 6 des Elektromotors 1 zugewandten Seite, mit gedruckten Schaltungen versehen, die einen LC-Filter bilden. Der LC-Filter besteht aus zwei Induktionsspulen L1, L2. Die Induktionsspule L1 ist durch die gedruckten Schaltungen mit einem Ausgang mit einer elektrischen Anzapfung 7 des Elektromotors und mit einer Seite des Kondensators C3 verbunden und mit einem zweiten Ausgang ist sie mit einer Seite des Kondensators C2 verbunden. Die Induktionsspule L2 ist durch die gedruckten Schaltungen mit einem Ausgang mit einer elektrischen Anzapfung 8 des Elektromotors und mit der zweiten Seite des Kondensators C2 verbunden und mit einem zweiten Ausgang ist sie mit einer Seite des Kondensators C4 verbunden. Die Induktionsspule L1 ist durch die gedruckten Schaltungen mit ihrem Eingang mit dem Speiseleiter 21 und mit einer Seite des Kondensators C5 verbunden. Die Induktionsspule L2 ist durch die gedruckten Schaltungen mit ihrem Eingang mit dem Speiseleiter 22 und mit einer Seite des Kondensators C6 verbunden. Die zweiten Seiten der Kondensatoren C3, C4 und die zweiten Seiten der Kondensatoren C5, C6 sind untereinander verbunden, wobei die zweiten Seiten der Kondensatoren C3, C4, C5, C6 leitfähig gleichzeitig mit dem Erdungsleiter 23 des Stromnetzes eines Kraftfahrzeugs verbunden sind.
Gemäß 4 ist die mittlere Tragschicht 14 mit zwei leitfähigen Platten 31, 32 versehen, die voneinander so getrennt sind, dass sie sich nicht berühren oder dass sie voneinander isoliert sind. Die leitfähigen Platten 31, 32 liegen im Prinzip Stoß an Stoß nebeneinander. In den leitfähigen Platten 31, 32 sind Öffnungen 31a, 32a geschaffen, die parallel nebeneinander angeordnet sind, jede in einer von den leitfähigen Platten 31, 32. In den Öffnungen 31a, 32a der leitfähigen Platten 31, 32 sind elektrisch leitfähig Durchführungshülsen 37, 38 angebracht.
Auf der 5 ist die untere Tragschicht 16 dargestellt, auf der die leitfähige Platte 33 angeordnet ist. Die leitfähige Platte 33 hat zwei ringförmige Öffnungen 33a, 33b, durch die die leitfähigen Durchführungshülsen 37, 38 frei durchgehen. Die leitfähigen Durchführungshülsen 37, 38 sind aus Kupfer hergestellt und haben eine zylindrische Form. In die Innenräume der zylindrischen leitfähigen Durchführungshülsen 37, 38 greifen die Speiseleiter 21, 22 des Stromnetzes eines Kraftfahrzeugs ein, die mit der inneren Oberfläche der zylindrischen Durchführungshülsen 37, 38 leitfähig verbunden sind. Die Endstücke der Durchführungshülsen 37, 38, die durch die Öffnungen 33a, 33b der unteren leitfähigen Platte 33 durchgehen, sind mit den Speiseleitern 21, 22 des Elektromotors 1 verbunden. Die leitfähigen Durchführungshülsen 37, 38 gehen durch die Öffnungen 33a, 33b der leitfähigen Platte 33 mit einem ausreichenden Spiel durch, um einen Kurzschluss zu vermeiden. In der leitfähigen Platte 33 ist weiterhin eine Öffnung 36 für den Durchgang des Erdungsleiters 23 des elektrischen Systems eines Kraftfahrzeuges geschaffen, die leitfähig mit der leitfähigen Platte 33 verbunden ist. Die untere Tragschicht 16 ist an ihrem Umfang durch einen leitfähigen Kleber leitfähig mit einem nicht dargestellten leitfähigen schirmenden Gehäuse 17 verbunden, das um den Umfang des leitfähigen Gehäuses 10 des Elektromotors herum angeordnet ist, wie es auf der 1 dargestellt ist.
Gemäß 6 besteht der LC-Filter 18, der gemäß 3 auf der oberen Tragschicht 12 angeordnet ist, aus zwei Induktionsspulen L1, L2 mit Ausgangsanzapfungen 28, 29, die mit elektrischen Anzapfungen 7, 8 des Elektromotors verbunden sind, und mit Eingangsanzapfungen 26, 27, die gemäß 5 durch die leitfähigen Durchführungshülsen 37, 38 mit den Speiseleitern 21, 22 verbunden sind. Die Ausgangsanzapfungen der Induktionsspulen L1, L2 sind miteinander parallel einerseits durch die Leitung über den Kondensator C2 verbunden und andererseits sind sie durch die Leitung über die Kondensatoren C3, C4 hintereinander angeordnet. Die Eingangsanzapfungen 26, 27 der Induktionsspulen L1, L2 sind miteinander durch die Leitung über die Kondensatoren C5, C6 hintereinander angeordnet verbunden. Die Leitung zwischen den Kondensatoren C3, C4 und die Leitung zwischen den Kondensatoren C5, C6 sind miteinander durch die Leitung 24 verbunden, die mittels der Leitung 25 mit der Erdungsklemme 9 des Elektromotors 1 und mit dem Erdungsleiter 23 des Stromnetzes eines Kraftfahrzeuges verbunden ist.
Gemäß 5 gehen die leitfähigen Durchführungshülsen 37, 38 mit den einen Endstücken elektrisch leitfähig durch die Öffnungen 33a, 33b der unteren leitfähigen Platte 33 durch und mit ihren anderen Endstücken sind sie gemäß 6 mit den Eingangsanzapfungen 26, 27 der Induktionsspulen des LC-Filters der oberen Tragschicht 16 verbunden. In den Tragschichten 12, 14, 16 sind axial symmetrische Öffnungen für den Durchgang des Erdungsleiters 23 geschaffen.
Die gedruckten Schaltungen erfüllen gleichzeitig die Funktion der Durchführungskondensatoren. Die Ausgangsleiter des Elektromotors sind über den LC-Filter und die Durchführungskondensatoren an das Stromnetz eines Fahrzeugs angeschlossen. Die Karkasse des Fahrzeugs ist an die schirmende Einhausung angeschlossen. Zur Minimierung der Störung sind an der Stirnseite des Elektromotors auf Seite des Kommutators in einem kleinstmöglichen Einbauraum der LC-Filter, die mehrschichtige gedruckte Schaltung mit der Funktion des Durchführungskondensators und die schirmende Einhausung zusammen kombiniert, die die untere leitfähige Platte 33 um ihren Umfang herum mit dem leitfähigen Gehäuse 10 verbinden. Die schirmende Einhausung schließt den Raum über den Ausgangsleitern des Elektromotors. Die Einhausung besteht aus einer Kupferfolie mit einem leitfähigen Kleber. Die Folie bildet eine kontinuierliche leitfähige Verbindung des Gehäuses des Elektromotors und der unteren Schicht der mehrschichtigen gedruckten Schaltung.
Die gedruckten Schaltungen sind mit einzelnen Komponenten, Spulen und Kondensatoren, untereinander durch Löten verbunden. Die leitfähigen Platten 31, 32, die auf der mittleren Tragschicht 14 angeordnet sind und die leitfähige Platte 33, die auf der unteren Tragschicht 16 angeordnet ist, sind aus Kupfer gefertigt. Die gedruckte Schaltung ist so angeordnet, dass sie die Funktion eines Durchführungskondensators erfüllt und dadurch die Störung auf den Hochfrequenzen vermeidet.
Der Durchführungskondensator ist zwischen den Tragschichten 16, 14 der gedruckten Schaltung geschaffen, wo die Isolationsschicht 15 ein Dielektrikum des Kondensators bildet. Die Anordnung der leitfähigen Platten 31, 32, 33 bildet insgesamt zwei Durchführungskondensatoren. Die Eigenschaften des Kondensators sind durch die Abstände einzelner Schichten, durch die Form des Bildes, die die Platte des Kondensators bildet und durch die Materialart in der Isolationsschicht gegeben.
Bezugszeichenliste

1: Elektromotor
2: Umfang
3: Stirnseite
4: Ausgangswelle
5: Stirnseite
6: Kommutatorseite
7: elektrische Anzapfung
8: elektrische Anzapfung
9: Erdungsklemme
10: Gehäuse
11: Abschirmung
12: obere Tragschicht
13: Isolationsschicht
14: mittlere Tragschicht
15: Isolationsschicht
16: untere Tragschicht
17: schirmendes Gehäuse
18: LC-Filter
21: Speiseleiter
22: Speiseleiter
23: Erdungsleiter
26: Eingangsspulenanzapfung L1
27: Eingangsspulenanzapfung L2
28: Ausgangsspulenanzapfung L1
29: Ausgangsspulenanzapfung L2
31: leitfähige Platte
32: leitfähige Platte
33: leitfähige Platte
31a: Öffnung
32a: Öffnung
33a: Öffnung
33b: Öffnung
36: Öffnung
37: leitfähige Durchführung
38: leitfähige Durchführung
L1: Spule
L2: Spule
C1: Kondensator
C2: Kondensator
C3: Kondensator
C4: Kondensator
C5: Kondensator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CN 201584861 [0003]

Claims

Der Gleichstrom-Elektromotor mit Kommutator, insbesondere für Kraftfahrzeuge, eingeschlossen im elektrisch leitfähigen Gehäuse (10), das um den Umfang (2) des Elektromotors (1) herum und an der Stirnseite (3) des Elektromotors (1) angeordnet ist, durch die die Ausgangswelle (4) durchgeht, wobei der Gleichstrom-Elektromotor auf der gegenüberliegenden Stirnseite (5) auf der Kommutatorseite (6) des Elektromotors (1) mit einer Abschirmung (11) mit gedruckten Schaltungen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (11) drei übereinander angeordnete Tragschichten (12, 14, 16) von gedruckten Schaltungen umfasst, die voneinander durch Isolationsschichten (13, 15) getrennt sind, wobei - die obere zur Stirnseite (5) der Kommutatorseite (6) des Elektromotors (1) zugewandte Tragschicht (16) mit dem LC-Filter (18) versehen ist, der mit seinen Ausgangsanzapfungen (28, 29) leitfähig mit elektrischen Anzapfungen (7, 8) des Elektromotors verbunden ist, - die mittlere Tragschicht (14) mit zwei nebeneinander angeordneten, voneinander isolierten mittleren leitfähigen Platten (31, 32) mit Öffnungen (31a, 32a) versehen ist, - die untere Tragschicht (16) mit einer unteren leitfähigen Platte (33) mit Öffnungen (33a, 33b) versehen ist, - die Durchführungshülsen (37, 38) in den Öffnungen (31a, 32a) der mittleren leitfähigen Platten (31, 32) elektrisch leitfähig angeordnet sind, die mit ihren einen Endstücken elektrisch isoliert durch die Öffnungen (33a, 33b) der unteren leitfähigen Platte (33) durchgehen, und die mit ihren anderen Endstücken mit den Eingangsanzapfungen (26, 27) des LC-Filters der oberen Tragschicht (16) verbunden sind, und - die untere leitfähige Platte (33) um den Umfang herum durch ein elektrisch leitfähiges schirmendes Umfangsgehäuse (17) mit einem leitfähigen Gehäuse (10) des Elektromotors (1) verbunden ist.
Der Gleichstrom-Elektromotor mit Kommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das s der LC-Filter (18) auf der oberen Tragschicht (12) auf der Seite angeordnet ist, die zu der Stirnseite (5) der Kommutatorseite (6) des Elektromotors (1) zugewandt ist.
Der Gleichstrom-Elektromotor mit Kommutator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, das s Endstücke der Durchführungshülsen (37, 38), die durch die Öffnungen (33a, 33b) der unteren leitfähigen Platte (33) durchgehen, mit Speiseleitern (21, 22) des Elektromotors (1) verbunden sind.
Der Gleichstrom-Elektromotor mit Kommutator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, das s der LC-Filter (18) durch zwei Induktionsspulen (L1, L2) gebildet wird, deren mit elektrischen Anzapfungen (7, 8) des Elektromotors verbundenen Ausgangsanzapfungen (28, 29) über den Kondensator (C2) geschaltet sind und parallel über die Kondensatoren (C3, C4) hintereinander angeordnet sind, und deren mit Durchführungshülsen (37, 38) mit Speiseleitern verbundenen (21, 22) Eingangsanzapfungen (26, 27) über die Kondensatoren (C5, C6) geschaltet und hintereinander angeordnet sind, wobei die Leitung zwischen den Kondensatoren (C3, C4) und die Leitung zwischen den Kondensatoren (C5, C6) mit der Erdungsklemme (9) des Elektromotors (1) und mit dem Erdungsleiter (23) des Stromnetzes eines Fahrzeugs verbunden sind.