DE69404822T2 - Motor mit isolierter bürstenanordnung - Google Patents

Motor mit isolierter bürstenanordnung

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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung bezieht sich generell auf Motoren und speziell auf einen elektromagnetischen Motor mit einer isolierten Bürstenkartenanordnung.
  • Bekanntermaßen wird eine Vielzahl von Gleichstrom-(DC)- Elektromotoren für Kraftfahrzeuge verwendet. Typische Betriebsanwendungen umfassen Fensterhebermotoren, Scheibenwischermotoren, Antiblockiersystemmotoren, etc. Die erwähnten Motoren haben oftmals Bürsten und Kommutatoren. Traditionellerweise variiert der Bürstenzusammenbau für diese Motoren im Design, aber er besteht generell aus Behältnissen, um die Bürsten unterzubringen, einer Federeinrichtung, um einen Druck auf die Bürsten auszuüben, damit sie gegen den Kommutator gepreßt werden, und elektrischen Leitungen, um einen Strompfad zu den Bürsten zu gewährleisten. Eine Montageoberfläche sichert diese Elemente und stellt eine Einrichtung zur Verfügung, um eine gesamte Bürstenkartenanordnung an ein Gehäuse zu sichern bzw. fest anzubringen, derart, daß die Bürsten in geeignete Arbeitsbeziehung mit dem Kommutator gebracht werden.
  • Bei einer der meistbekannten konventionellen Formen insbesondere für Gleichstrommotoren mit einem Bruchteil einer Pferdestärke wird ein als Einzelstück vergossenes Bürstenkartenglied, das aus einem hochtemperaturbeständigen Kunststoff gebildet ist, der elektrisch nicht leitend ist, benutzt. Das Bürstenkartenglied besitzt des weiteren ein Paar von darauf geformten Bürstenbehältnissen sowie eine Öffnung zum Aufnehmen eines Teils einer Ankerwelle und des an die Welle befestigten Kommutators. Dieser Typ von Motor und Bürstenkartenkonstruktion ist in den US-Patentschriften 5 006 747 mit dem Titel "Dynamoelectric Machine Brush Rigging and Method of Assembly" von Stewart, Sr., 9. April 1991 und 4 694 214 mit dem Titel "Brush Holder for Dynamoelectric Machines" ebenfalls von Stewart, Sr., aber vom 15. September 1987 offenbart, die beide im Besitz des Inhabers der vorliegenden Erfindung und durch Bezugnahme hierin eingebunden sind.
  • Die europäische Patentanmeldung 0 335 352 offenbart einen Träger aus Kunststoffmaterial zum Unterbringen von Kohlebürsten, die mit dem Kommutator eines Motors zusammenwirken, und die mit dem Motor zusammenhängenden elektrischen Elemente.
  • Während die vorhin genannten Bürstenkartenkonstruktionen signifikante Verbesserungen auf dem Gebiet in den letzten Jahren sind, ist der durch die anderen Motorkomponenten (wie Lager und Getriebe) erzeugte Schall bis zu dem Punkt reduziert worden, daß das Zwischenstück zwischen den Bürsten und dem Kommutator nun als wesentlicher Beiträger zum Gesamtschallpegel des Motors angesehen wird. Da sich der Anker und der Kommutator mit bis zu 6.000 Umdrehungen pro Minute drehen, werden unangenehme Geräusche durch die auf der Kommutatoroberfläche reibenden Bürsten und durch die Bürsten erzeugt werden, die in Vertiefungen einschlagen, welche sich in Längsrichtung entlang der äußeren Oberfläche des Kommutators befinden. Dementsprechend wird jede Schwingung, die durch die bzw. an der Schnittstelle der Bürsten und des Kommutators erzeugt wird, entlang der Bürstenkarte und durch das angrenzende Ankergehäuse sowie durch das Getriebegehäuse des Motors übertragen. Dies führt zu unerwünschtem, hörbarem Schall.
  • Darüber hinaus muß verhindert werden, daß Wasser in die Verbindung bzw. Dichtung zwischen den Anker- und Getriebegehäusen eindringt. Dies wird traditionell durch Einfügen einer separaten Versiegelung oder Abdichtung zwischen dem Bürstenkartenglied und dem Ankergehäuse bewerkstelligt. Dies macht zusätzliche Teile, Toleranzanhäufungen (stackups) und Auf- bzw. Zusammenbauarbeitskosten notwendig.
  • Daher ist es wünschenswert, einen Motor mit einer schwingungsmäßig isolierten Bürstenkartenanordnung zu haben, die ebenfalls zum Abdichten zwischen einem Ankergehäuse und einem Getriebegehäuse dient.
    • ABRISS DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung stellt einen Motor gemäß Anspruch 1 der anhängenden Ansprüche zur Verfügung. Gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt die bevorzugte Ausführungsform eines neuen und nützlichen Motors eine isolierte Bürstenkartenanordnung. Der Motor enthält ein Gehäuse, einen magnetischen Stator, einen elektromagnetischen Anker und eine Bürstenkartenanordnung. Der Anker umgibt eine Ankerwelle, und ein Kommutator ist ebenfalls auf die Ankerwelle in Längsrichtung angrenzend an den Anker montiert. Darüber hinaus besitzt die Bürstenkartenanordnung eine Öffnung mit einem Paar von elektrisch leitenden Bürsten, die in unmittelbarer Nähe dazu angeordnet sind. Die Ankerwelle ist drehbar innerhalb der Öffnung der Bürstenkartenanordnung gelagert, so daß das Paar von Bürsten elektrisch mit einer Außenfläche des Kommutators verbunden ist. Bezeichnenderweise sind Vorkehrungen zum Einkapseln eines Teils der Bürstenkartenanordnung, der mit dem Gehäuse in Verbindung steht, in einem elastomeren Material getroffen. Deshalb besitzt die Bürstenkartenanordnung eine verbesserte Schwingungsisolation gegenüber dem angrenzenden Gehäuse. Folglich reduziert das elastomere Material das Übertragen unerwünschter Geräusche von der Bürstenkartenanordnung zum Gehäuse, wo es andernfalls akustisch verstärkt werden würde. Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sorgt die teilweise eingekapselte Bürstenkartenanordnung für eine Wasserdichtung zwischen einem Paar von Gehäusen. Dementsprechend wird auf zusätzliche Versiegelungen und Abdichtungen verzichtet, wodurch die Qualität verbessert und die zur Konstruktion des erfindungsgemäßen Motors notwendigen Aufbaukosten verringert werden.
  • Zusätzliche Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • In den Figuren zeigen:
  • Fig. 1 eine perspektivische Explosionsansicht der bevorzugten Ausführungsform des Motors der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 2-2 von Fig. 1 des erfindungsgemäßen Motors;
  • Fig. 3 eine Endaufrißansicht entlang einer Linie 3-3 von Fig. 2 einer Bürstenkartenanordnung des erfindungsgemäßen Motors;
  • Fig. 4 eine Endaufrißansicht gegenüber der von Fig. 3 der Bürstenkartenanordnung des erfindungsgemäßen Motors von Fig. 1, wobei das elastomere Material entfernt ist;
  • Fig. 5 eine Endaufrißansicht ähnlich der von Fig. 4 der Bürstenkartenanordnung des erfindungsgemäßen Motors von Fig. 1, die teilweise im elastomeren Material eingekapselt ist; und
  • Fig. 6 eine perspektivische Bruchteilansicht entlang einer Linie 6-6 von Fig. 5 der Bürstenkartenanordnung des erfindungsgemäßen Motors.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Typischerweise werden Gleichstrommotoren mit einem Bruchteil einer Pferdestärke in Kraftfahrzeugen verwendet, um die Seitenfensterhebermechanismen zu betätigen, die Windschutzscheibenwischermechanismen anzutreiben, die Antiblockierbremssysteme zu betreiben und andere mechanischen Komponenten zu bewegen. In den Fig. 1 und 2 ist ein Motor 10 mit einem Ankergehäuse 12, einem Getriebegehäuse 14, einem Stator 16, einem Rotor oder Anker 18, einer Bürstenkartenanordnung 20 und einem Getriebe 22 gezeigt. Das Ankergehäuse 12 besitzt eine dort hineinragende, im wesentlichen zylindrische Bohrung 30, die durch eine Innenfläche, gegen die der Stator 16 innen eingebaut ist, definiert ist. Der Stator 16 ist von permanentmagnetischer Natur. Das Getriebegehäuse 14 besitzt ebenfalls eine Bohrung 32, die sich in dessen Längsrichtung erstreckt, durch eine Innenfläche definiert ist und außerdem einen Querdurchgang 34 dort hindurch besitzt, der einen Getriebehohlraum 36 schneidet. Das Ankergehäuse 12 und das Getriebegehäuse 14 besitzt jeweils einen Flansch 37 bzw. 38, der dort herum übersteht, in unmittelbarer Nähe eines offenen Endes 40 und 42 des jeweiligen Gehäuses 12 bzw. 14. Das Ankergehäuse 12 ist vorzugsweise aus gepreßtem, metallischem Material hergestellt, und das Getriebegehäuse 14 wird vorzugsweise aus 45 %-glasgefülltem Zytel, das von DuPont bezogen werden kann, spritzgegossen.
  • Der Anker 18 ist zentrisch um eine Ankerwelle 50 montiert. Die Ankerwelle 50 besitzt ein Sockelsegment 52 und ein Antriebssegment 54, die vom jeweiligen Ende des Ankers 18 in Längsrichtung herausragen. Des weiteren ist der Anker 18 eine aus einer Vielzahl von Drahtwicklungen 56 aufgebaute elektromagnetische Vorrichtung, die im Innern einer Vielzahl von Ankerpackschlitzen gewickelt sind, welche sich nebeneinander zwischen einer Vielzahl magnetisch leitender Ankerzähne 58 befinden. Ein Kommutator 60 ist in Längsrichtung angrenzend an den Anker 18 angebracht und umgibt die Ankerwelle 50 in der Nähe des Antriebsegments 54. Die Antriebswelle so ist innerhalb der Anker- und Getriebegehäuse 12 bzw. 14 durch ein Paar von Lagern 70 und Haltern 72 drehbar gelagert. Darüber hinaus ist ein Paar von Druckknöpfen 74 in jedes distale Ende der Ankerwelle 50 eingefügt. Das Antriebssegment 54 der Ankerwelle 50 enthält schraubenförmige Gänge 76, die wirksam mit dem Getriebe 22 in Eingriff stehen, so daß eine Antriebseinrichtung zum Betreiben eines Fensterhebermechanismusses o.dgl. zur Verfügung gestellt wird.
  • Die Bürstenkartenanordnung 20 besitzt ein Trägerglied 90, einen Verbindungsabschnitt 92 und einen elektrischen Stecker 94. Dies ist am besten in den Fig. 2 bis 5 zu erkennen. Das Trägerglied 90 ist aus einem nichtleitenden Polymermaterial, wie beispielsweise Rynite SST-35, das von Dupont bezogen werden kann, spritzgegossen. Darüber hinaus besitzt das Trägerglied 90 ein im wesentlichen flaches Paar von Stirnflächen 96 und 98 mit einem Paar von Bürstenbehältnissen 100, die über die Stirnfläche 96 herausstehen. Jedes Bürstenbehältnis 100 besitzt einen inneren Hohlraum, der eine feste, rechteckförmige Metallbürste 102 hält und positioniert. Die Bürsten 102 werden innerhalb der Bürstenbehältnisse 100 zum Erwidern einer Bewegung in der Nähe einer kreisförmigen Öffnung 103, die durch einen Innenkante definiert ist, innerhalb des Trägerglieds 90 gehalten. Des weiteren sind ein Paar von Bürstenfedern 104 angeordnet, um die Bürsten 102 nach innen gegen den Kommutator 60 zu drücken. Zusätzlich ist ein Paar von leitenden Metallbahnen 106 und 108 innerhalb der Bürstenkartenanordnung 20 eingegossen (insert molded). Die Bahnen 106 und 108 enden innerhalb des elektrischen Steckers 94, wodurch elektrische Kontakte 110 und 112 gebildet werden. Dies dient für einen externen Gleichstromelektroanschluß an einen Kraftfahrzeugkabelbaum (nicht gezeigt). Elektrisch leitende Nebenschlüsse 120 übertragen den elektrischen Strom von den Bahnen 106 und 108 entweder direkt zu den Bürsten 102 oder indirekt durch einen Stromkreisunterbrecher 122. Dementsprechend wird der elektrische Strom durch die elektrischen Kontakte 110 und 112, durch die Bahnen 106 und 108, durch die Nebenschlüsse 120 und den Stromkreisunterbrecher 122, durch die Bürsten 102 und durch den Kommutator 160 zu den Drahtwicklungen 56 geleitet, um so den Anker 18 um sich ein elektromagnetisches Feld erzeugen zu lassen, wodurch zusammen mit dem Stator 16 die Ankerwelle 50 in Drehung versetzt wird.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft speziell eine Einrichtung zum schwingungsmäßigen Isolieren der Bürstenkartenanordnung 20 von den Anker- und Getriebegehäusen 12 bzw. 14, so daß hörbare Geräusche reduziert werden. Dies wird durch teilweises Einkapseln eines inneren Lippenelements 140 erreicht, das eine umgestülpte bzw. hochgebogene Außenwand 142, welche das Trägersegment 90 der Bürstenkartenanordnung 20 umsäumt, umgibt. Dieses innere Lippenelement 140 ist in Fig. 4 nicht eingekapselt gezeigt. In den Fig. 2, 3, 5 und 6 kann man erkennen, daß das innere Lippenelement 140 eingekapselt in einem elastomeren Material 144, wie etwa Alcryn 2060, das von DuPont bezogen werden kann, dargestellt ist. Ein Kanalabschnitt 146 ist ebenfalls teilweise eingekapselt. Dieser Kanalabschnitt 146 dient zum Halten des elektrischen Steckers 94 auf einer hochstehenden Rippe 148, die innerhalb des Flansches 38 des Getriebegehäuses 14 gebildet ist. Darüber hinaus wird elastomeres Material 144 zusätzlich auf dem inneren Lippenelement 140 und der Außenwand 142 durch eine Reihe von Schwalbenschwanzverblockungsformationen 150 zurückgehalten. Daher ist die Bürstenkartenanordnung 20 von den Gehäusen 12 und 14 schwingungsmäßig isoliert, wenn sie zwischen die Flansche 37 und 38 befestigt ist. Außerdem sorgt das elastomere Material 144 für eine wasserdichte Versiegelung zwischen dem Ankergehäuse 12 und dem Getriebegehäuse 14, wenn die Bürstenkartenanordnung 20 unter Druck dazwischen eingefaßt ist.
  • Das Ankergehäuse und das Getriebegehäuse können zu einem einzigen Teil integriert werden, wobei die Bürstenkartenanordnung in dessen Innerem gehalten wird. Des weiteren können, während (hier) eine spezielle Gleichstromanker-, Kommutator- und Stator-Konstruktion beschrieben worden ist, viele andere Gleichstrom- und auch Wechselstrommotorformen in ähnlicher Weise eine isolierte Bürstenkartenanordnung verwenden, ohne von dieser Erfindung abzukommen. Außerdem kann ein Motor mit isolierter Bürstenkartenanordnung auch in anderen als Kraftfahrzeugsystemen verwendet werden. In exemplarischer Weise sind verschiedene Materialien offenbart worden, es kann aber natürlich auch eine Vielzahl anderer Materialien eingesetzt werden. Modifikationen innerhalb des Bereichs der angefügten Ansprüche sind möglich.

Claims (17)

1. Motor (10), umfassend:
ein erstes Gehäuse (12);
ein zweites Gehäuse (14);
einen im Inneren eines der Gehäuse montierten magnetischen Stator (16);
einen auf einer Ankerwelle (50) montierten elektromagnetischen Anker (18) mit einer Anzahl von Drahtwicklungen (56) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Felds;
einen neben dem Anker (18) angeordneten und die Ankerwelle (50) im wesentlichen umschließenden Kommutator (60); (und)
eine von einer Öffnung (103) durchsetzte Bürstenkartenanordnung (20) zum Haltern mindestens einer elektrisch leitfähigen Bürste (102) daran; wobei
sich die Ankerwelle (50) durch die Öffnung (103) in der Bürstenkartenanordnung (20) derart erstreckt, daß der Kommutator (60) neben der mindestens einen Bürste (102) angeordnet ist, welche mindestens eine Bürste (102) dem Kommutator (60) elektrischen Strom zur Erzeugung einer Drehung des Ankers (18) und der Ankerwelle (50) gegenüber dem magnetischen Stator (16) zuspeist;
dadurch gekennzeichnet, daß
ein elastomeres Material (144) die Bürstenkartenanordnung (20) von den gegen sie angesetzten ersten (12) und zweiten (14) Gehäusen trennt und das elastomere Material (144) an beiden (Stirn-)Flächen um einen größten Teil eines Umfangs (140) der Bürstenkartenanordnung (20) angeordnet ist, um damit auf an den beiden Flächen angepaßte (mating) Teile übertragene Schwingung zu vermindern.
2. Motor (10) nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß
das erste Gehäuse (12) eine in Längsrichtung darin verlaufende, durch eine umgebende Innenfläche festgelegte Bohrung (30) aufweist;
der magnetische Stator (16) innenseitig an einem vorbestimmten Längsabschnitt des ersten Gehäuses (12), mit der Bohrung (30) darin übereinstimmend, montiert ist;
der Anker (18) und die Ankerwelle (50) innerhalb der Bohrung (30) des ersten Gehäuses (12) konzentrisch nebeneinander angeordnet sind, so daß der Anker (18) und die Ankerwelle (50) darin drehbar gelagert sind und der Anker (18) in Längsrichtung mit dem ihn umgebenden Stator (16) in Deckung steht; und
die Ankerwelle (50) sich durch die Öffnung (103) in der Bürstenkartenanordnung (20) so erstreckt, daß die beiden Bürsten (102) dem Kommutator (60) elektrischen Strom zuspeisen.
3. Motor (10) nach Anspruch 1 oder 2, ferner dadurch gekennzeichnet, daß
die Bürstenkartenanordnung (20) ein Tragelement (90) mit einer dieses durchsetzenden, durch einen umgebenden Innenrand festgelegten Öffnung (103) aufweist, das Tragelement (90) zwei elektrisch leitfähige Bürsten (102) daran haltert, das Tragelement (90) ein inneres Lippenelement (140) aufweist, das von dem umgebenden elastomeren Material (144) zumindest teilweise eingekapselt ist, derart, daß das innere Lippenelement (14) der Bürstenkartenanordnung (20) und das erste Gehäuse (12) das elastomere Material (144) dazwischen aufweisen, das elastomere Material (144) das Tragelement (90) der Bürstenkartenanordnung (20) von den daran angesetzten ersten (12) und zweiten (14) Gehäusen trennt, (und) das elastomere Material (144) an beiden Flächen um den größten Teil der inneren Lippe (140) der Bürstenkartenanordnung (20) herum angeordnet ist, um damit auf an den beiden Flächen angepaßte (mating) Teile übertragene Schwingung zu vermindern.
4. Motor nach Anspruch 3, ferner umfassend:
zwei am Tragelement (90) der Bürstenkartenanordnung (20) angebrachte, elektrisch leitende Bahnen (traces) (106, 108) zum Zuspeisen von elektrischem Strom zu den beiden Bürsten (102) daran.
5. Motor nach Anspruch 4, wobei:
die beiden Bahnen (106, 108) in die Bürstenkartenanordnung (20) eingegossen sind.
6. Motor nach Anspruch 5, ferner umfassend:
einen elektrisch leitenden Nebenschluß (120) zur elektrischen Verbindung jeder der beiden Bürsten (102) mit einer vorausgewählten der beiden Bahnen (106, 108).
7. Motor nach Anspruch 5, ferner umfassend:
einen materialeinheitlich am Tragelement (90) der Bürstenkartenanordnung (20) angeformten elektrischen Verbinder (94), wobei die beiden Bahnen (106, 108) innerhalb des elektrischen Verbinders (94) enden und dabei elektrische Kontakte (110, 112) darin bilden, wobei der elektrische Verbinder (94) außenseitig der Gehäuse (12, 14) neben diesen angeordnet ist.
8. Motor nach Anspruch 3, wobei die Gehäuse umfassen:
ein den Anker (18) darin umgebendes Ankergehäuse (12); (und)
ein Getriebegehäuse (14), das ein Antriebssegment (54) der Ankerwelle (50), das längs dieser in Längsrichtung versetzt ist, umgibt; wobei
der gekapselte Grenzflächenabschnitt (140) der Bürstenkartenanordnung (20) zumindest teilweise dem Ankergehäuse (12) und dem Getriebegehäuse (14), dagegen angesetzt (thereagainst), festgelegt ist.
9. Motor nach Anspruch 8, wobei:
der gekapselte Grenzflächenabschnitt (140) der Bürstenkartenanordnung (20) eine Abdichtung zwischen Ankergehäuse (12) und Getriebegehäuse (14) herstellt und dadurch ein Eindringen von Wasser durch ihn hindurch verhindert.
10. Motor nach Anspruch 3, wobei:
das elastomere Material (144) in einem Spritzgießvorgang eingegossen oder angespritzt (worden) ist, um das innere Lippenelement (140) der Bürstenkartenanordnung (20) zumindest teilweise einzukapseln.
11. Motor nach Anspruch 10, wobei:
das elastomere Material (144) am inneren Lippenelement (140) der Bürstenkartenanordnung (20) durch eine Anzahl von Schwalbenschwanz-Verblockungsausbildungen (150) festgehalten oder gehaltert ist.
12. Motor nach Anspruch 10, wobei:
der gekapselte Grenzflächenabschnitt (140) der Bürstenkartenanordnung (20) eine Schwingungsisolierung der Bürstenkartenanordnung (20) gegenüber den an dieser angebrachten Gehäusen (12, 14) bewirkt.
13. Motor nach Anspruch 3, wobei:
ihm ein elektrischer Gleichstrom zugespeist wird.
14. Motor nach Anspruch 13, wobei:
ihm ein Fensterhebermechanismus eines Kraftfahrzeugs betrieblich zugeordnet ist.
15. Motor nach Anspruch 13, wobei:
ihm ein Antiblockiersystem eines Kraftfahrzeugs betrieblich zugeordnet ist.
16. Motor nach Anspruch 13, wobei:
ihm ein Scheibenwischermechanismus eines Kraftfahrzeugs betrieblich zugeordnet ist.
17. Motor nach Anspruch 3, wobei:
ihm ein elektrischer Wechselstrom zugespeist wird.
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