DE3812190C1 - DC motor - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Gleichstrommotor, insbesondere Kleinmotor, zum Antrieb von Scheibenwischern von Fahrzeugen in mehreren Drehzahlstufen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.The invention relates to a DC motor, in particular Small motor, for driving windshield wipers of vehicles in several speed levels the in the preamble of Claim 1 defined genus.
Solche Gleichstrommotoren mit zwei Kommutatoren zur Erzielung von zwei oder mehreren Drehzahlstufen sind beispielsweise aus der DE-OS 29 04 904 oder DE-OS 21 01 459 oder DE-OS 28 55 987 bekannt. Die unterschiedlichen Drehzahlstufen werden dabei durch wahlweises Hintereinanderschalten, Parallelschalten oder Einzelschalten der beiden vorzugsweise identisch ausgebildeten Ankerwicklungen gewonnen, was über die Kommutatorbürsten bewerkstelligt wird. Solche Gleichstrommotoren haben ein Drehzahl- und Drehmomentverhalten gemäß den Kennlinien in Fig. 1, die für den Fall dargestellt sind, daß in der untersten Drehzahlstufe I die beiden Ankerwicklungen in Reihe geschaltet sind, in der mittleren Drehzahlstufe II nur eine Ankerwicklung angeschlossen ist und in der höchsten Drehzahlstufe III die beiden Ankerwicklungen parallel geschaltet sind. Aufgrund dieser Kennlinien sind die Gleichstrommotoren speziell für den Einsatz bei Scheibenwischern in Fahrzeugen nicht geeignet, und zwar aus folgenden Gründen: Die Drehzahldifferenz zwischen den beiden obersten Drehzahlstufen ist bei nasser Scheibe sehr gering. Das Blockiermoment (n = 0) ist in der höchsten Drehzahlstufe doppelt so hoch wie in den anderen Drehzahlstufen. Der Blokierstrom ist in der höchsten Drehzahlstufe viermal so hoch wie in der kleinsten Drehzahlstufe. Führt man die beiden Ankerwicklungen nicht identisch aus sondern verschieden, so können die vorstehend genannten Nachteile zwar abgemildert werden, jedoch die Verluste durch Querströme und andere Faktoren werden derart hoch, daß die Motoren mit Doppelkommutatoren aufgrund ihres schlechten Wirkungsgrades nicht mehr interessant sind.Such DC motors with two commutators to achieve two or more speed levels are known for example from DE-OS 29 04 904 or DE-OS 21 01 459 or DE-OS 28 55 987. The different speed levels are obtained by optional series connection, parallel connection or individual connection of the two preferably identical armature windings, which is accomplished via the commutator brushes. Such DC motors have a speed and torque behavior according to the characteristics in Fig. 1, which are shown for the case that in the lowest speed level I the two armature windings are connected in series, in the middle speed level II only one armature winding is connected and in the highest speed level III the two armature windings are connected in parallel. Because of these characteristics, the DC motors are not particularly suitable for use with windscreen wipers in vehicles, for the following reasons: The speed difference between the two top speed levels is very small when the windscreen is wet. The blocking torque ( n = 0) is twice as high in the highest speed level as in the other speed levels. The blocking current is four times as high in the highest speed level as in the lowest speed level. If the two armature windings are not identical but different, the disadvantages mentioned above can be mitigated, but the losses due to cross currents and other factors become so high that the motors with double commutators are no longer interesting due to their poor efficiency.
Aus der GB-PS 10 52 338 ist bereits ein Gleichstrommotor zum
Antrieb von Scheibenwischern bekannt, der in herkömmlicher
Weise nur mit einem einzigen Kommutator und einer einzigen
Ankerwicklung ausgerüstet ist. Zur Erzielung einer zweiten
Drehzahlstufe ist am Kommutator eine dritte Kommutatorbürste
vorgesehen, die gegenüber der einen von zwei am
Kommutatorumfang etwa diametral gegenüberliegenden
Kommutatorbürsten um weniger als 180° am Kommutatorumfang
verschoben angeordnet ist. In der unteren Drehzahlstufe
werden die beiden am Kommutator diametral gegenüberliegenden
Kommutatorbürsten an das Gleichspannungsnetz gelegt, während
in der oberen Drehzahlstufe die dritte Kommutatorbürste und
die von dieser am weitesten entfernt liegende
Kommutatorbürste von dem Gleichspannungsnetz gespeist
werden.
From GB-PS 10 52 338 a DC motor for driving windshield wipers is already known, which is conventionally equipped with only a single commutator and a single armature winding. To achieve a second speed level, a third commutator brush is provided on the commutator, which is arranged displaced by less than 180 ° on the commutator circumference with respect to the one of two commutator brushes lying diametrically opposite on the commutator circumference. In the lower speed stage, the two diametrically opposite commutator brushes on the commutator are connected to the DC voltage network, while in the upper speed stage the third commutator brush and the commutator brush furthest away from it are fed by the DC voltage network.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichstrommotor mit Doppelkommutator zum Antrieb von Fahrzeug-Scheibenwischern zu schaffen, welcher mit geringen schaltungstechnischem und konstruktiven Aufwand einen Antrieb des Scheibenwischers in mehreren, zweckmäßig gestaffelten Drehzahl stufen gestattet, wobei die Blockiermomente in den verschiedenen Drehzahl stufen nicht zu stark voneinander abweichen. The invention has for its object to provide a DC motor To create a double commutator for driving vehicle wipers, which one with little circuitry and design effort Drive of the windshield wiper in several, appropriately staggered speed stages allowed, the blocking torques in the different speed levels do not differ too much.
Der erfindungsgemäße Gleichstrommotor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß er als Gleichstrommotor mit Doppelkommutator ohne nennenswerte konstruktive Änderungen für den Wischerantrieb in Fahrzeugen geeignet ist und dabei zugleich einen Antrieb mit drei Wischgeschwindigkeiten in gut staffelbaren Intervallen bei nasser Scheibe dargestellt. Die Drehzahldifferenzen zwischen den drei Drehzahlstufen lassen sich im Betriebspunkt des Gleichstrommotors nach Wunsch festlegen. Wie aus den in Fig. 2 dargestellten Kennlinien für das Drehzahlverhalten und das Drehmomentverhalten des erfindungsgemäßen Gleichstrommotors zu erkennen ist, differieren dabei die Blockiermomente (n = 0) in den drei Drehzahlstufen in nur geringem Umfang. Das Blockiermoment der langsamsten Stufe kann weitgehend in beliebiger Relation zu den beiden anderen Stufen festgelegt werden. In der Praxis werden diese drei Blockiermomente jedoch dicht zusammenzulegen sein, da der Wischermotor in jeder Stufe den Wischbetrieb auch unter schwierigen Bedingungen aufrechterhalten soll.The DC motor according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that it is suitable as a DC motor with a double commutator without significant design changes for the wiper drive in vehicles and at the same time represents a drive with three wiping speeds at well-staggered intervals when the windscreen is wet. The speed differences between the three speed levels can be set at the operating point of the DC motor as desired. As can be seen from the characteristic curves for the speed behavior and the torque behavior of the DC motor according to the invention shown in FIG. 2, the blocking torques ( n = 0) differ only to a small extent in the three speed levels. The blocking torque of the slowest stage can largely be determined in any relation to the other two stages. In practice, however, these three blocking torques will have to be put together tightly, since the wiper motor is to maintain wiping operation in every stage, even under difficult conditions.
Bei dem erfindungsgemäßen Gleichstrommotor für Wischerantrieb können herkömmliche Doppelkommutatormotoren, wie sie als Kühlgebläseantriebe in Kraftfahrzeugen bereits vielfach Anwendung gefunden haben, nahezu unverändert verwendet werden. Lediglich ein Bürstenhalter an einem Kommutator ist gegen ein Bürstenhalter mit drei Kommutatorbürsten auszutauschen. Im übrigen bleibt der Gleichstrommotor, wie er als Gebläseantrieb eingesetzt wird, unverändert. Dadurch eröffnet sich für den Doppelkommutatormotor noch ein weiteres breites Anwendungsgebiet, so daß durch die dadurch mögliche hohe Stückzahl in der Serienfertigung eine Kostenreduzierung erzielbar ist.In the DC motor for Wiper drives can be conventional double commutator motors, as they already do as cooling fan drives in motor vehicles have been widely used, almost unchanged be used. Just a brush holder on one Commutator is against a brush holder with three Exchange commutator brushes. Otherwise the DC motor as used as a blower drive unchanged. This opens up for the Double commutator motor yet another wide one Field of application, so that the high Number of pieces in series production a cost reduction is achievable.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Gleichstrommotors möglich.By the measures listed in the other claims are advantageous training and improvements in Claim 1 specified DC motor possible.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on one in the drawing illustrated embodiment in the following Description explained in more detail. Show it:
Fig. 1 jeweils die Kennlinien eines an sich bekannten Doppelkommutatormotors (Fig. 1) und des erfindungsgemäßen Gleichstrommotors (Fig. 2) für jeweils drei Drehzahlstufen, Fig. 1 are the characteristics of a known Doppelkommutatormotors (Fig. 1) and the direct current motor according to the invention (Fig. 2) for each of three speed stages,
Fig. 3 ein Schaltbild des erfindungsgemäßen Gleichstrommotors, Fig. 3 is a circuit diagram of the DC motor according to the invention,
Fig. 4 eine tabellarische Übersicht der Schalterstellungen im Schaltbild gemäß Fig. 3 bei drei unterschiedlichen Drehzahlstufen, Fig. 4 is a tabular summary of the switch positions in the circuit diagram shown in FIG. 3 at different three speeds,
Fig. 5 eine schematische Darstellung der Seitenansicht einer konstruktiven Ausführung des erfindungsgemäßen Gleichstrommotors. Fig. 5 is a schematic representation of the side view of a constructive embodiment of the DC motor according to the invention.
Der in Fig. 5 schematisch dargestellte zweipolige Gleichstrommotor zum Antrieb eines Fahrzeug-Scheibenwischers in mehreren Drehzahlstufen weist einen in einem Gehäuse 10 befestigten Stator 11 und einen auf einer im Gehäuse 10 gelagerten Rotorwelle 12 drehfest sitzenden Rotor 13 auf, der unter Belassung eines Luftspaltes 14 im Stator 11 umläuft. Wie in Fig. 3 symbolisch angedeutet ist, trägt der Stator 11 zwei Permanentmagnetpole 15, die in üblicher Weise als Halbschalensegmente ausgeführt sind. Der Rotor 13 trägt zwei galvanisch voneinander getrennte Ankerwicklungen 16, 17, die in Fig. 5 durch zwei Leiterstränge angedeutet sind. Die Ankerwicklungen 16, 17 sind über den Rotorumfang gleichmäßig verteilt und liegen üblicherweise in Radialnuten ein. Sie können identisch ausgebildet sein, d.h. gleiche Wicklungsdaten aufweisen. Am einfachsten lassen sich die beiden Ankerwicklungen 16, 17 durch eine Bifilarwicklung realisieren.The two-pole DC motor, shown schematically in FIG. 5, for driving a vehicle windshield wiper in a plurality of speed stages has a stator 11 fastened in a housing 10 and a rotor 13 which is seated in a rotationally fixed manner on a rotor shaft 12 mounted in the housing 10 and which, while leaving an air gap 14 in the Stator 11 revolves. As is symbolically indicated in Fig. 3, the stator 11 carries two permanent magnet poles 15 , which are designed in the usual way as half-shell segments. The rotor 13 carries two galvanically separated armature windings 16 , 17 , which are indicated in FIG. 5 by two conductor strands. The armature windings 16 , 17 are uniformly distributed over the circumference of the rotor and usually lie in radial slots. They can be of identical design, ie have the same winding data. The easiest way to realize the two armature windings 16 , 17 is by a bifilar winding.
Der Rotor 13 trägt entsprechend seiner beiden Ankerwicklungen 16, 17 zwei Kommutatoren 18, 19, an denen jeweils eine der beiden Ankerwicklungen 16, 17 angeschlossen sind. An dem in Fig. 5 rechten Kommutator 18 sind zwei am Kommutator 18 etwa diametral gegenüberliegende Kommutatorbürsten 19 angeordnet, die - wie hier nicht weiter gezeigt ist - in einem am Gehäuse 10 befestigten Bürstenhalter aufgenommen sind. Auf dem in Fig. 5 linken Kommutator sitzen insgesamt drei Kommutatorbürsten 22, 23, 24 auf, von denen die Kommutatorbürsten 22 und 23 am Kommutator 19 einander diametral gegenüberliegen, während die dritte Kommutatorbürste 24 gegenüber der Kommutatorbürste 22 um weniger als 180° am Kommutatorumfang verschoben ist. Die Bürstenanschlüsse 25-29 sind auf eine Klemmenplatte 30 gelegt, die auf dem Getriebedeckel 31 eines Untersetzungsgetriebes 32 angeordnet ist. Von den Bürstenanschlüssen 25-29 führen Anschlußleitungen zu Schaltmitteln 33, die in Fig. 3 durch zwei getrennte Schalter 35, 36 repräsentiert sind. Mittels dieser Schaltmittel 33 wird der Gleichstrommotor an ein Gleichspannungsnetz angeschlossen, wie es in Fig. 3 durch eine Fahrzeugbatterie 34 realisiert ist. Je nach Stellung der Schalter 35, 36 läuft der Gleichstrommotor in drei Drehzahlstufen I, II und III mit deutlichen Drehzahldifferenzen zwischen den Drehzahlstufen. Der Schalter 35 weist drei Schaltstufen 0, 1 und 2 auf, während der Schalter 36 zwischen den Schaltstufen 1 und 2 umschaltbar ist. In der Tabelle in Fig. 4 sind die Schaltstufen oder Schalterstellungen der Schalter 35, 36 angegeben, welche die Schalter einnehmen müssen, um die gewünschte Drehzahlstufe I, II und III zu realisieren, wobei die Drehzahlstufe I die kleinste Drehzahl und die Drehzahlstufe III die größte Drehzahl aufweist. Wie aus Fig. 3 in Verbindung mit Fig. 4 zu ersehen ist, sind in der höchsten Drehzahlstufe III die dritte Kommutatorbürste 24 und die Kommutatorbürste 22 des Kommutators 19 an der Fahrzeugbatterie 34 angeschlossen. In der mittleren Drehzahlstufe II liegen hingegen die beiden einander diametral gegenüberliegenden Kommutatorbürsten 22, 23 des Kommutators 19 an der Fahrzeugbatterie 34, was dadurch bewirkt wird, daß der Schalter 35 von seiner Schaltstufe 1 in die Schaltstufe 2 überführt wird. In der kleinsten Drehzahlstufe sind die Kommutatorbürsten 21-24 hintereinander geschaltet und an die Fahrzeugbatterie 34 angeschlossen. Dies wird bewirkt durch Überführen des Schalters 36 aus seiner Schaltstufe 1 in seine Schaltstufe 2 bei Verbleib des Schalters 35 in seiner Schaltstufe 2. Bei dieser niedrigsten Drehzahlstufe I sind die beiden Ankerwicklungen 16, 17 des Gleichstrommotors in Reihe geschaltet.The rotor 13 carries two commutators 18 , 19 corresponding to its two armature windings 16 , 17 , to each of which one of the two armature windings 16 , 17 are connected. Arranged on the right commutator 18 in FIG. 5 are two commutator brushes 19 which are approximately diametrically opposite on the commutator 18 and which - as is not shown further here - are received in a brush holder fastened to the housing 10 . A total of three commutator brushes 22 , 23 , 24 are seated on the left commutator in FIG. 5, of which the commutator brushes 22 and 23 on the commutator 19 are diametrically opposed to one another, while the third commutator brush 24 is displaced by less than 180 ° on the commutator circumference with respect to the commutator brush 22 is. The brush connections 25-29 are placed on a terminal plate 30 which is arranged on the gear cover 31 of a reduction gear 32 . Connection lines lead from the brush connections 25-29 to switching means 33 , which are represented in FIG. 3 by two separate switches 35 , 36 . By means of these switching means 33 , the DC motor is connected to a DC voltage network, as is realized in FIG. 3 by a vehicle battery 34 . Depending on the position of the switches 35 , 36 , the DC motor runs in three speed levels I, II and III with clear speed differences between the speed levels. The switch 35 has three switching stages 0 , 1 and 2 , while the switch 36 can be switched between the switching stages 1 and 2 . In the table in Fig. 4, the switching stages or switch positions of the switches 35 , 36 are given, which the switches must assume in order to realize the desired speed level I, II and III, the speed level I the lowest speed and the speed level III the largest Revs. As can be seen from FIG. 3 in connection with FIG. 4, the third commutator brush 24 and the commutator brush 22 of the commutator 19 are connected to the vehicle battery 34 in the highest speed stage III. In the middle speed stage II, however, the two diametrically opposed commutator brushes 22 , 23 of the commutator 19 are on the vehicle battery 34 , which is caused by the switch 35 being transferred from its switching stage 1 to switching stage 2 . In the lowest speed stage, the commutator brushes 21-24 are connected in series and connected to the vehicle battery 34 . This is brought about by transferring the switch 36 from its switching stage 1 to its switching stage 2 while the switch 35 remains in its switching stage 2 . At this lowest speed level I, the two armature windings 16 , 17 of the DC motor are connected in series.
In dem Diagramm in Fig. 2 sind die Kennlinien n = f (M) und I = f (M) des Gleichstrommotors in den Drehzahlstufen I, II und III dargestellt. Der Betrieb des Gleichstrommotors bei nasser Scheibe ist durch einen strichlinierten Drehzahlbereich angedeutet. Deutlich zu sehen ist, daß die Drehzahlen in den einzelnen Drehzahl- oder Wischergeschwindigkeitsstufen I-III gut gestuft sind. Das Blockiermoment (n = 0) differiert in den drei Drehzahlstufen I-III in nur geringem Umfang.The diagram in FIG. 2 shows the characteristic curves n = f (M) and I = f (M) of the DC motor in the speed stages I, II and III. The operation of the DC motor when the disk is wet is indicated by a dashed speed range. It can be clearly seen that the speeds are well graded in the individual speed or wiper speed levels I-III. The blocking torque ( n = 0) differs only to a small extent in the three speed levels I-III.
An der Klemmenplatte 30 sind noch drei weitere Anschlüsse 37, 38 und 39 für die mechanische Abschaltung des Gleichstrommotors in seiner Endlage nach Überführen des Schalters 35 in seine Abschaltstufe 0 vorgesehen. Auf eine Beschreibung dieser an sich bekannten Endabschaltung ist hier verzichtet.Three further connections 37 , 38 and 39 are provided on the terminal plate 30 for the mechanical shutdown of the direct current motor in its end position after transferring the switch 35 into its shutdown stage 0 . A description of this end stop known per se is omitted here.
Zur Erzielung der mittleren Drehzahlstufe II können bei identisch ausgebildeten Ankerwicklungen 16, 17 anstelle der Kommutatorbürsten 22, 23 des Kommutators 19 auch die Kommutatorbürsten 20, 21 des Kommutators 18 an die Fahrzeugbatterie 34 angeschlossen werden.To achieve the middle speed level II, in the case of identically designed armature windings 16 , 17, instead of the commutator brushes 22 , 23 of the commutator 19 , the commutator brushes 20 , 21 of the commutator 18 can also be connected to the vehicle battery 34 .
Wird eine weitere Drehzahlstufe gewünscht, so kann noch eine Kombination der Schalterstellung so vorgesehen werden, daß der Schalter 35 seine Schaltstufe 1 und der Schalter 36 seine Schaltstufe 2 einnimmt. Dadurch sind die Kommutatorbürsten 24, 23, 21 und 20 hintereinander geschaltet (Fig. 4). Die Drehzahl dieser Drehzahlstufe "übermittel" IV liegt zwischen der der dritten und zweiten Drehzahlstufe III bzw. II. Entsprechend würde die Kennlinie in Fig. 2 zwischen den Kennlinien II und III verlaufen.If a further speed stage is desired, a combination of the switch positions can be provided so that the switch 35 takes its switching stage 1 and the switch 36 its switching stage 2 . As a result, the commutator brushes 24 , 23 , 21 and 20 are connected in series ( FIG. 4). The speed of this speed level “transmit” IV lies between that of the third and second speed levels III and II. Accordingly, the characteristic curve in FIG. 2 would run between the characteristic curves II and III.
In einer nicht dargestellten Modifikation des beschriebenen Doppelkommutatormotors kann auch der Kommutator 18 mit einer dritten Kommutatorbürste versehen sein, die an einen herausgeführten sechsten Bürstenanschluß gelegt ist. Durch entsprechende Ausgestaltung der Schaltmittel 33 für die nunmehr sechs Bürstenanschlüsse können die sechs Kommutatorbürsten so miteinander gekoppelt werden, daß durch Einzel- oder Hintereinanderschalten der durch die Kommutatorbürsten abgegriffenen Ankerwicklungen 16, 17 eine Vielzahl von Kennlinien gemäß Fig. 2 in verschiedenen Drehzahlstufen erreicht wird.In a modification (not shown) of the double commutator motor described, the commutator 18 can also be provided with a third commutator brush, which is connected to a sixth brush connection that is brought out. By appropriately designing the switching means 33 for the now six brush connections, the six commutator brushes can be coupled to one another in such a way that a large number of characteristic curves according to FIG. 2 is achieved at different speed levels by switching the armature windings 16 , 17 tapped by the commutator brushes one after the other.
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