EP0557565A1 - Geräuscharmer Kommutatormotor - Google Patents

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EP0557565A1
EP0557565A1 EP92103466A EP92103466A EP0557565A1 EP 0557565 A1 EP0557565 A1 EP 0557565A1 EP 92103466 A EP92103466 A EP 92103466A EP 92103466 A EP92103466 A EP 92103466A EP 0557565 A1 EP0557565 A1 EP 0557565A1
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commutator
noise
low
slots
distributed
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Peter Dipl.-Ing. Pieczkowski (Fh)
Peter Dipl.-Ing. Tiemeyer
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/04—Commutators

Definitions

  • the invention relates to a low-noise commutator motor according to the preamble of claim 1;
  • a commutator motor is known from DE-U-90 11 574.
  • commutator motor drives For the operating noise in commutator motor drives mainly unwanted vibrations are responsible, which are reinforced by coupling these drives to vibratory parts; when using commutator motors for auxiliary drives in motor vehicles, e.g. in the case of window lift drives, the body parts used for mounting or, in the case of heating and air conditioning systems, the system housing parts or the blade rings of fans as resonance amplifiers.
  • the solution of the invention does not provide the time and cost consuming grinding of the brush surface but measures according to the teaching of claim 1. Due to the uneven distribution of slat slots or their tangential edges over the circumference of the commutator a significant reduction of the operating noise is achieved.
  • the particular single frequencies responsible for noise exaggeration are distributed to many different frequencies with small amplitudes within only the noise floor.
  • a particularly effective noise reduction is achieved with over the peripheral surface of the commutator unevenly distributed lamellar slots with mutually equal tangential length between lamellae with mutually different tangential length; an advantageous in terms of a particularly low production cost or easily retrofitted in conventional commutator motors invention noise reduction results in evenly distributed over the peripheral surface of the commutator slats with mutually different tangential length between slats with correspondingly different tangential length or at over the peripheral surface of the commutator uniformly distributed slat slots with mutually equal tangential length between evenly spaced slats with mutually equal tangential length and unevenly distributed additional slats with each other the same or unequal tangential length in the ground of the brush surface of the slats.
  • the advantages of the invention are also already apparent when the uneven distribution is provided only for a part or for several parts of the circumferential surface of the commutator.
  • an additional noise reduction effect results from the fact that different commutation or commutation are given at different distances between the slats between the slats and thus at different widths of the ground of the brush slats;
  • the also recognized as unwarranted noise generation responsible for torque fluctuations in the indexing of the individual part windings of the rotor during commutation therefore no longer occur at equal intervals and in the same sharpness, so that the proportions of the noise generated as frequency peaks, which by the periodic torque fluctuations otherwise with large amplitude are also distributed to many lower amplitude frequencies within the noise floor.
  • FIG. 5 shows an example of DE-U-83 23 218.4 known motor vehicle power window drive arranged in a motor housing 2 commutator motor and arranged in a subsequent gear housing 3 worm wheel 5, which in a manner not shown here a cable or scissors for lifting and Lowering a motor vehicle window drives.
  • Magnetic shells 21, 22 are attached to the circumference of the motor housing 2.
  • the one commutator 1 and one wound Rotor lamination 42 receiving rotor shaft 4 is B-side in a bearing 23 and A-side rotatably mounted in a bearing 31 and drives with a prolonged into the gear housing 3 worm shaft 41, the worm wheel 5 at.
  • FIGS. 6, 7 show a u.a. applicable for this drive, known from DE-U-90 11 574 noise-reducing decoupled holding a grinding on a commutator 1 brush 6;
  • the brush 6 is mounted inertially by a spring 7 in hinge points 71,72 pivotally close to the grinding surface on the slats of the commutator 1.
  • FIG. 1 shows a first example of a non-uniform commutator division according to the invention with different mutual distances of slotted slots S1-S12 tangent to one another and correspondingly different tangentially long slats L1-L12 between slat slots S1-S12.
  • the corresponding different circumferential angles ⁇ 1- ⁇ 6 are entered for the one half of the commutator 1 with the fins L1-L6; for the second half of the lamellae L7-L12, this division then repeats with the circumferential angles ⁇ 7- ⁇ 12.
  • FIG. 3 shows a second example of an uneven commutator division according to the invention with insulating louver slots S1-S12 arranged uniformly over its peripheral surface (circumferential angle ⁇ 1- ⁇ 12) between the lamellae L1-L12, the tangential length of which being different, however; This also makes it possible to prevent otherwise occurring rotational frequencies due to regularly on slat slot edges on or expiring brushes.
  • FIG. 4 shows an uneven distribution according to the invention of a part of the lamellae L1-L12 on its surface, e.g. subsequently, integrated additional louvred slots ZS1-ZS5; with uniform distribution and each with the same tangential length of the slats L1-L12 and the intermediate insulating slat slots S1-S12, the additional slat slots ZS1-ZS5 in different distribution (circumferential angle ⁇ 1- ⁇ 5) on each individual slats L1, L3; L7; L8 arranged.
  • the resulting additional noise signals at non-uniform intervals are superimposed with those of the uniform pitch, in particular the insulating slat slots S1-S12, and thus also lead, in particular in mutual phase difference, to avoid disturbing individual frequencies of large amplitude.
  • the uneven pitch can also be restricted only to partial areas of the peripheral surface of the commutator in the case of those according to FIG.
  • inventive measures according to FIG 1 or 3 or FIG 4 can be provided in whole or in part in the context of the present invention.
  • the degree of the different pitch to be provided results for the skilled person on the one hand by the degree of desired noise insulation and on the other hand by the limits of an optionally slightly deteriorated by the inventive measures electrical efficiency or necessary for a sufficient mutual isolation of the slats tangential width of the slats slots or the necessary for a sufficient power transfer brush surface width or necessary for a sufficient winding wire attachment width of a hook each at the end face of a blade.
  • the invention also extends to engines of other types but which are ground to a commutator motor in an equivalent manner and by whose otherwise uniform pitch over the circumference noise increases during grinding by brushing and in particular during periodic immersion derer brush edges in the slat slots.

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  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)

Abstract

Zur Reduzierung des Betriebsgeräusches eines Kommutatormotors mit von Bürsten (6) beschliffenen, über die Umfangsfläche eines Kommutators (1) verteilten Lamellen (L1-L12) bzw. Lamellenschlitzen (S1-S12) bzw. (ZS1-ZS5) sind die tangentialen Lamellenschlitz- Kanten ungleichmäßig über die Umfangsfläche des Kommutators (1) verteilt; insbesondere sind ungleichmäßig (Umfangswinkel α1-α12) verteilte Lamellenschlitze (S1-S12) mit untereinander gleicher tangentialer Länge zwischen Lamellen (L1-L12) mit entsprechend untereinander unterschiedlicher tangentialer Länge vorgesehen; dadurch ergibt sich anstelle eines lärmintensiven Drehklangs mit Geräuschüberhöhungen bei bestimmten Frequenzen lediglich ein innerhalb des Grundrauschens liegendes störungsschwächeres Betriebsgeräusch. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen geräuscharmen Kommutatormotor gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1; ein derartiger Kommutatormotor ist aus der DE-U-90 11 574 bekannt.
  • Für das Betriebsgeräusch bei Kommutatormotor-Antrieben sind vorwiegend unerwünschte Vibrationen verantwortlich, die durch Ankopplung dieser Antriebe an schwingungsfähige Teile noch verstärkt werden; bei Verwendung von Kommutatormotoren für Nebenantriebe in Kraftfahrzeugen wirken z.B. bei Fensterheberantrieben die zur Halterung dienenden Karosserieteile oder bei Heizungs- und Klimaanlagen die Anlage-Gehäuseteile oder die Schaufelkränze von Lüftern als Resonanzverstärker.
  • Ausgehend von der Erkenntnis, daß derartige geräuschverursachende Vibrationen bzw. Schwingungen in großem Maße durch periodische Anregungen des Bürstensystems durch den Kommutator verursacht werden, ist es durch die eingangs genannte DE-U-90 11 574 bekannt, zur besseren Anpaßbarkeit der Bürsten an Unrundheiten der Lamellen-Schleiffläche des Kommutators die Bürste in der Nähe der Schleiffläche mit geringer Massenträgheit schwenkbar zu lagern. Als weitere Maßnahmen zur Verhinderung unerwünschter Betriebsgeräusche aufgrund periodischer Anregungen des Bürstensystems durch den Kommutator sind geräuschdämmende Entkopplungen zwischen den Bürsten und der Bürstenhalterung oder ein spezielles Einschleifen der Bürstenlauffläche vor der betrieblichen Freigabe bekannt.
  • Gemäß Aufgabe vorliegender Erfindung soll eine demgegenüber mit geringerem Aufwand erzielbare und trotzdem wirksamere Minderung des Betriebsgeräusches bei Kommutatormotoren erreicht werden.
  • Ausgehend von der Erkenntnis, daß das Betriebsgeräuschspektrum eines Kommutatormotors Geräuschüberhöhungen bestimmter Frequenzen, insbesondere der Frequenz n x f₀ (n = Anzahl der Kommutator-Lamellen; f₀ = Drehfrequenz des Gleichstromantriebs) sowie deren Harmonische 2nf₀, 3nf₀, usw. enthält und dieser "Drehklang" durch das periodische Eintauchen der Bürstenkanten in die Lamellenschlitze hervorgerufen wird, sieht die erfindungsgemäße Lösung nicht das zeit- und kostenaufwendige Einschleifen der Bürstenfläche sondern Maßnahmen gemäß Lehre des Anspruchs 1 vor. Durch die ungleichmäßige Verteilung von Lamellenschlitzen bzw. deren tangentialen Kanten über den Umfang des Kommutators wird eine deutliche Verminderung des Betriebsgeräusches erreicht. Die für eine Geräuschüberhöhung verantwortlichen bestimmten Einzel-Frequenzen werden auf viele unterschiedliche Frequenzen mit kleinen Amplituden innerhalb lediglich des Grundrauschens verteilt.
  • Eine besonders wirksame Geräuschminderung wird mit über die Umfangsfläche des Kommutators ungleichmäßig verteilten Lamellenschlitzen mit untereinander gleicher tangentialer Länge zwischen Lamellen mit entsprechend untereinander unterschiedlicher tangentialer Länge erreicht; eine hinsichtlich eines besonders geringen Fertigungsaufwandes vorteilhafte bzw. bei üblichen Kommutatormotoren einfach nachrüstbare erfindungsgemäße Geräuschminderung ergibt sich bei über die Umfangsfläche des Kommutators gleichmäßig verteilten Lamellenschlitzen mit untereinander unterschiedlicher tangentialer Länge zwischen Lamellen mit entsprechend untereinander unterschiedlicher tangentialer Länge bzw. bei über die Umfangsfläche des Kommutator gleichmäßig verteilten Lamellenschlitzen mit untereinander gleicher tangentialer Länge zwischen gleichmäßig verteilten Lamellen mit untereinander gleicher tangentialer Länge und mit ungleichmäßig verteilten Zusatz-Lamellenschlitzen mit untereinander gleicher oder ungleicher tangentialer Länge in der von den Bürsten beschliffenen Fläche der Lamellen. Die erfindungsgemäßen Vorteile zeigen sich auch bereits dann, wenn die ungleichmäßige Verteilung nur für einen Teil bzw. für mehrere Teile der Umfangsfläche des Kommutators vorgesehen wird.
  • In vorteilhafter Weise ergibt sich ein zusätzlicher Geräuschminderungseffekt dadurch, daß bei unterschiedlichen Abständen der Lamellenschlitze zwischen den Lamellen und damit bei unterschiedlichen Breiten der von der Bürste beschliffenen Lamellen auch unterschiedliche Kommutierungszeitpunkte bzw. Kommutierungslängen gegeben sind; die ebenfalls für eine unerwünschte Geräuscherzeugung als verantwortlich erkannten Drehmomentschwankungen beim Weiterschalten der einzelnen Teilwicklungen des Läufers bei der Kommutierung treten daher nicht mehr in gleichen Zeitabständen und in gleicher Schärfe auf, so daß die Anteile der als geräuscherzeugend erkannten Frequenzüberhöhungen, welche durch die periodischen Drehmomentschwankungen ansonsten mit großer Amplitude aufgetreten sind, ebenfalls auf viele Frequenzen niedrigerer Amplitude innerhalb des Grundrauschens verteilt werden.
  • Zur Vermeidung unerwünschter Unsymmetrien in der Bestromung der über den Kommutator gespeisten Wicklung ist bei einer Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen auf die zwischen den Lamellen angeordneten Lamellenschlitze eine jeweils nach 360°/2p (p = Polpaarzahl) über die Umfangsfläche des Kommutators sich wiederholende ungleichmäßige Verteilung der Lamellenschlitz-Kanten vorgesehen.
  • Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im folgenden anhand schematischer Darstellungen in der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:
    • FIG 1
    die axiale Draufsicht auf einen Kommutator mit einer ersten erfindungsgemäßen ungleichmäßigen Teilung;
    FIG 2
    die axiale Draufsicht auf einen Kommutator mit einer bekannten gleichmäßigen Teilung;
    FIG 3
    die axiale Draufsicht auf einen Kommutator mit einer zweiten erfindungsgemäßen ungleichmäßigen Teilung;
    FIG 4
    die axiale Draufsicht auf einen Kommuator mit einer dritten erfindungsgemäßen ungleichmäßigen Teilung;
    FIG 5
    in axialer Schnittansicht einen bekannten Kraftfahrzeug-Fensterheberantrieb mit einem Kommutatormotor;
    FIG 6
    in radialer Draufsicht einen bekannten Kommutator mit entkoppelt gehalterter Bürste;
    FIG 7
    die axiale Draufsicht auf die Anordnung gemäß FIG 6.
  • FIG 5 zeigt einen z.B. durch die DE-U-83 23 218.4 bekannten Kraftfahrzeug-Fensterheberantrieb mit in einem Motorgehäuse 2 angeordnetem Kommutatormotor und in einem anschließenden Getriebegehäuse 3 angeordnetem Schneckenrad 5, das in hier nicht näher dargestellter Weise einen Seilzug oder eine Schere zum Heben und Senken eines Kraftfahrzeugfensters antreibt. Am Umfang des Motorgehäuses 2 sind Magnetschalen 21;22 befestigt. Die einen Kommutator 1 und ein bewickeltes Rotorblechpaket 42 aufnehmende Rotorwelle 4 ist B-seitig in einem Lager 23 und A-seitig in einem Lager 31 drehbar gelagert und treibt mit einer in das Getriebegehäuse 3 verlängerten Schneckenwelle 41 das Schneckenrad 5 an.
  • FIG 6,7 zeigen eine u.a. für diesen Antrieb einsetzbare, durch die DE-U-90 11 574 bekannte geräuschmindernd entkoppelte Halterung einer auf einem Kommutator 1 schleifenden Bürste 6; zum besseren Ausgleich von Rundlaufabweichungen der Lamellenoberfläche des Kommutators 1 ist die Bürste 6 trägheitsarm durch eine Feder 7 in Gelenkpunkten 71,72 schwenkbar in Nähe zur Schleiffläche auf den Lamellen des Kommutators 1 gelagert.
  • FIG 2 zeigt eine bekannte und auch bei den Antrieben gemäß FIG 5-7 bisher vorgesehene gleichmäßige Verteilung von hier vorgesehenen zwölf Lamellen L1-L12 und zwischen deren tangentialen Stirnseiten ebenfalls gleichmäßig verteilten zwölf Lamellenschlitzen S1-S12; bei dieser Verteilung ergibt sich somit ein gegenseitiger gleichmäßiger Abstand der Lamellenschlitze mit einem jeweiligen Umfangswinkel β = 30°.
  • FIG 1 zeigt ein erstes Beispiel einer erfindungsgemäßen ungleichmäßigen Kommutatorteilung mit unterschiedlichen gegenseitigen Abständen von tangential untereinander gleichlangen Lamellenschlitzen S1-S12 und dementsprechend unterschiedlich tangential lange Lamellen L1-L12 zwischen den Lamellenschlitzen S1-S12. Die entsprechenden unterschiedlichen Umfangswinkel α1-α6 sind für die eine Hälfte des Kommutators 1 mit den Lamellen L1-L6 eingetragen; für die zweite Hälfte der Lamellen L7-L12 wiederholt sich dann diese Teilung mit den Umfangswinkeln α7-α12.
  • FIG 3 zeigt ein zweites Beispiel einer erfindungsgemäßen ungleichmäßigen Kommutatorteilung mit über dessen Umfangsfläche in gleichmäßiger Teilung (Umfangswinkel β1-β12) zwischen den Lamellen L1-L12 angeordneten isolierenden Lamellenschlitzen S1-S12, deren tangentiale Länge jedoch unterschiedlich groß ist; auch dadurch lassen sich ansonsten auftretende Drehfrequenzen aufgrund regelmäßig an Lamellenschlitz-Kanten an- bzw. ablaufenden Bürsten verhindern.
  • FIG 4 zeigt schließlich eine erfindungsgemäße ungleichmäßige Verteilung von in einem Teil der Lamellen L1-L12 an deren Oberfläche, z.B. nachträglich, eingearbeiteter Zusatz-Lamellenschlitze ZS1-ZS5; bei gleichmäßiger Verteilung und untereinander jeweils gleicher tangentialer Länge der Lamellen L1-L12 und der zwischenliegenden isolierenden Lamellenschlitze S1-S12 sind die Zusatz-Lamellenschlitze ZS1-ZS5 in unterschiedlicher Verteilung (Umfangswinkel γ1-γ5) auf jeweils einzelnen Lamellen L1;L3; L7;L8 angeordnet. Die dadurch in ungleichmäßigen Zeitabständen entstehenden zusätzlichen Geräuschsignale überlagern sich mit denen der gleichmäßigen Teilung, insbesondere der isolierenden Lamellenschlitze S1-S12, und führen so ebenfalls, insbesondere bei gegenseitiger Phasendifferenz, zur Vermeidung störender Einzelfrequenzen großer Amplitude.
  • So wie im Fall des Ausführungsbeispiels nach FIG 4 kann auch bei denen gemäß FIG 1 bzw. FIG 3 die ungleichmäßige Teilung nur auf Teilbereiche der Umfangsfläche des Kommutators beschränkt sein; in ähnlicher Weise können auch die erfindungsgemäßen Maßnahmen nach FIG 1 bzw. 3 bzw. FIG 4 in ganzer oder teilweiser Kombination im Rahmen vorliegender Erfindung vorgesehen werden.
  • Der Grad der vorzusehenden unterschiedlichen Teilung ergibt sich für den Fachmann einerseits durch das Maß der gewünschten Geräuschdämmung und andererseits durch die Grenzen eines durch die erfindungsgemaßen Maßnahmen gegebenenfalls geringfügig verschlechterten elektrischen Wirkungsgrades bzw. der für eine hinreichende gegenseitige Isolierung der Lamellen notwendigen tangentialen Breite der Lamellenschlitze bzw. der für eine hinreichende Stromübertragung notwendigen Bürstenflächenbreite bzw. der für eine hinreichende Wicklungsdrahtbefestigung notwendigen Breite eines Hakens jeweils an der Stirnseite einer Lamelle.
  • Die Erfindung erstreckt sich selbstverständlich auch auf Motoren anderer Bauart, bei denen jedoch in äquivalenter Weise zu einem Kommutatormotor Lamellen beschliffen werden und durch deren ansonsten gleichmäßige Teilung über den Umfang Geräuschüberhöhungen beim Beschleifen durch Bürsten und insbesondere beim periodischen Eintauchen derer Bürstenkanten in die Lamellenschlitze auftreten.

Claims (10)

  1. Geräuscharmer Kommutatormotor mit über die Umfangsfläche eines Kommutators (1) verteilten, von Bürsten (6) beschliffenen Lamellen (L1-L12) und Lamellenschlitzen (S1-S12 bzw. ZS1-ZS5) mit über die Umfangsfläche des Kommutators (1) ungleichmäßig verteilten tangentialen Lamellenschlitz-Kanten.
  2. Geräuscharmer Kommutatormotor nach Anspruch 1 mit über die Umfangsfläche des Kommutators (1) ungleichmäßig (Umfangswinkel α1-α12) verteilten Lamellenschlitzen (S1-S12) mit untereinander gleicher tangentialer Länge zwischen Lamellen (L1-L12) mit entsprechend untereinander unterschiedlicher tangentialer Länge. (FIG 1)
  3. Geräuscharmer Kommutatormotor nach Anspruch 2 mit einer Abweichung der gegenseitigen Abstände (Umfangswinkel α1-α12) der Lamellenschlitze (L1-12) von einer gleichmäßigen Teilung (Umfangswinkel β1-β12) bei einem Umfangswinkel 360°/n (n = Lamellenzahl) bis zu einem Umfangswinkel (α1-α12) von 180°/n .
  4. Geräuscharmer Kommutatormotor nach Anspruch 1 mit über die Umfangsfläche des Kommutators (1) gleichmäßig verteilten (Umfangswinkel β1-β12) Lamellenschlitzen (S1-S12) mit untereinander unterschiedlicher tangentialer Länge zwischen Lamellen (L1-L12) mit entsprechend untereinander unterschiedlicher tangentialer Länge. (FIG 3)
  5. Geräuscharmer Kommutatormotor nach einem der Ansprüche 1-4 mit einer sich jeweils nach 360°/2p (p= Polpaarzahl) über die Umfangsfläche des Kommutators (1) wiederholender ungleichmäßiger Verteilung der Lamellenschlitz-Kanten.
  6. Geräuscharmer Kommutatormotor nach Anspruch 1 mit über die Umfangsfläche des Kommutator (1) gleichmäßig verteilten Lamellenschlitzen (S1-S12) mit untereinander gleicher tangentialer Länge zwischen gleichmäßig verteilten Lamellen (L1-L12) mit untereinander gleicher tangentialer Länge und mit ungleichmäßig (Umfangswinkel γ1-γ5) verteilten Zusatz-Lamellenschlitzen (ZS1-ZS5) mit untereinander gleicher oder ungleicher tangentialer Länge in den Lamellen (L1-L12). (FIG 4)
  7. Geräuscharmer Kommutatormotor nach Anspruch 1 mit einer Kombination der Verteilung bzw.tangentialen Erstreckung von Lamellenschlitzen (S1-S12) bzw. Lamellen (L1-L12) bzw. Zusatz-Lamellenschlitzen (ZS1-ZS5) gemäß Anspruch 2 bzw. Anspruch 4 bzw. Anspruch 6.
  8. Geräuscharmer Kommutatormotor nach Anspruch 1 oder 2, als Antrieb für einen Kraftfahrzeug-Nebenantrieb.
  9. Geräuscharmer Kommutatormotor nach Anspruch 8, als Antrieb für einen Kraftfahrzeug-Lüfterantrieb.
  10. Geräuscharmer Kommutatormotor nach Anspruch 8, als Antrieb für einen Kraftfahrzeug-Fensterheberantrieb.
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