EP1690330A2 - Kommutator - Google Patents

Kommutator

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Publication number
EP1690330A2
EP1690330A2 EP04786855A EP04786855A EP1690330A2 EP 1690330 A2 EP1690330 A2 EP 1690330A2 EP 04786855 A EP04786855 A EP 04786855A EP 04786855 A EP04786855 A EP 04786855A EP 1690330 A2 EP1690330 A2 EP 1690330A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
commutator
grooves
lamellae
slots
electrical machine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04786855A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerald Kuenzel
Christof Bernauer
Christian Bauer
Marcus Schulz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1690330A2 publication Critical patent/EP1690330A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K13/00—Structural associations of current collectors with motors or generators, e.g. brush mounting plates or connections to windings; Disposition of current collectors in motors or generators; Arrangements for improving commutation

Definitions

  • the invention is based on a commutator for an electrical machine according to the preamble of claim 1.
  • a commutator has a plurality of lamellae which have contact surfaces and are separated from one another by slots.
  • the commutator is the main source of excitation.
  • the brush is carried along by the friction on the contact surface of the commutator and brush.
  • the brush is excited to vibrate by the so-called stick-slip effect.
  • the commutator is excited to vibrate, among other things, by the resulting inaccuracies in the shape (for example, concentricity, eccentricity, lamella jump, etc.).
  • the slat slots of the commutator are of particular importance. Each slot has the consequence that - due to the radial pre-tension - the brush edge slips into the slot when it is turned, whereby it receives a path excitation.
  • the brush is pushed out of the slot again, whereby it experiences a path and force excitation.
  • the path excitation is limited to the radial direction of the brush, in the tangential direction there is force excitation.
  • the number of lamellae of the commutator therefore has a major influence on the frequency spectrum in question.
  • the commutator according to the invention for an electrical machine with the features of claim 1 has the advantage that the noise generated can be influenced positively.
  • the commutator has a plurality of lamellae which have contact surfaces and are separated from one another by slots, whereby on At least one part of the lamellae is provided in the contact surface with at least one groove which extends essentially in the longitudinal direction of the respective lamellae.
  • the slot frequency that occurs can be increased so that the frequency range and thus the excitation of the brush are influenced. It is important to change the slot frequency so that the resulting brush vibrations are outside the disturbing range.
  • Such a commutator can be easily manufactured if the spacing of the slots and grooves is uniform.
  • the slats remain mechanically very stable if the depth of the grooves is only part of the thickness of the slats, preferably 0.5 mm.
  • the noise can be positively influenced if the opposite edges of adjacent slats and the edges of the grooves are provided with a chamfer.
  • Particularly good results can be achieved if the chamfers form an acute angle, preferably from 15 ° to 20 °, with the contact surface of the respective lamella. This angle serves as an entry or exit slope.
  • the path or force excitation that the brush experiences through the slots is designed to be more harmonious.
  • the edge wear on the brush is less.
  • a commutator is used in an electrical machine, which in turn is used in a drive unit, in particular in a motor vehicle, such as a window lifter, sunroof drive, drive train actuator, in particular clutch actuator or the like, this also leads to the electrical machine or the drive unit an improved noise behavior.
  • FIG. 1 shows a drive unit
  • FIG. 2 shows a hook commutator in longitudinal section
  • FIG. 3 shows an end view of the hook commutator from FIG. 2
  • FIG. 4 shows the detail TV from FIG. 3.
  • the drive unit 12 can be a window lifter, a sunroof drive, a drive train actuator, in particular a clutch actuator, or the like.
  • a gear 14 is shown symbolically on the electrical machine 10.
  • a commutator 16 is shown in FIGS. 2 to 4.
  • the commutator 16 has a cylindrical commutator core 18 made of a thermoset, which is surrounded by a metal conductor sleeve 20, in particular made of copper.
  • a receiving bore 22 runs in the commutator core 18, in which the armature shaft (not shown) of the electrical machine 10 is arranged.
  • Longitudinal slots 24 cut through the conductor sleeve 20 into electrically isolated individual lamellae 26 with contact surfaces 27 for brushes of the electrical machine 10, not shown.
  • the lamellae 26 each have a connecting hook 28 at each end Rotor winding mechanically and electrically connected. Since the slats 26 are arranged on the circumference, in the present exemplary embodiment it is a Trommmelommutator. There are as many slats 26 as connecting hooks 28. In the present exemplary embodiment, there are eight, although other numbers are also possible.
  • Two grooves 30 are provided on each of the slats 26. It is also possible to provide only one or more grooves 30 per lamella.
  • grooves 30 only on a part of the lamellae.
  • the grooves 30 extend essentially in the longitudinal direction of the respective lamella 26.
  • the grooves 30 run parallel to the central axis 31 of the commutator.
  • an inclined course is also possible.
  • the grooves 30 are shorter than the slots 24.
  • the distance 32 between the slots 24 and the grooves 30 is uniform.
  • the distance 32 is the angle from the slot 24 to the adjacent groove 30 or groove 30 to the adjacent groove 30 with respect to the central axis 31 of the commutator 16. This distance 32 or angle is calculated from 360 °, where ig is the sum of the number of slots 24 and the number of grooves 30.
  • the distance 32 is thus 10 °.
  • slots 24 and grooves 30 are not evenly spaced or distributed around the circumference.
  • An unbalanced arrangement can also have advantages in terms of noise.
  • the depth 34 of the grooves 30 is only part of the thickness of the slats 26, preferably 0.5 mm. However, other depths are also possible. It is also conceivable that the grooves 30 separate the slats 26 into sections, like the slots 24.
  • the opposite edges 36 of adjacent slats 26 are provided with chamfers 38 which extend in the longitudinal direction.
  • the edges 40 of the grooves 30 are provided with a chamfer 38.
  • the chamfers 38 form an acute angle 42, preferably from 15 ° to 20 °, with the contact surface 27 of the respective lamella 26.
  • the chamfers 38 should be dimensioned such that there is still sufficient contact surface 27 for the brushes.
  • drum commutators also called end commutators - in which the lamellae are arranged on one end face.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Kommutator (16) für eine elektrische Maschine (10), der mehrere Lamellen (26) aufweist, die Kontaktflächen (27) aufweisen und durch Schlitze (24) voneinander getrennt sind, vorgeschlagen. Auf den Lamellen (26) ist in der Kontaktfl äche (27) jeweils mindestens eine Nut (3 0) vorgesehen, die sich im Wesentlichen in Längsrichtung derjeweiligen Lamelle (26) erstreckt. Dadurch lässt sich die Frequenz, mit der die Bürsten durch den Kommutator (16) angeregt werden, erhöhen, wodurch sich das Geräusch positiv beeinfl Lissen lässt.

Description

Kommutator
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Kommutator für eine elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Kommutator weist mehrere Lamellen auf, die Kontaktflächen aufweisen und durch Schlitze voneinander getrennt sind.
Im Betrieb kann es zu so genannten Bürstengeräuschen kommen. Dabei ist der Kommutator die Hauptanregungsquelle. Zum einen wird an der Kontaktfläche von Kommutator und Bürste die Bürste über die Reibung mitgenommen. Hierbei wird die Bürste durch den sogenannte Stick-Slip-Effekt zum Schwingen angeregt. Außerdem wird der Kommutator u. a. durch die aus Formungenauigkeiten (zum Beispiel Rundlauffehler, Exzentrizität, Lamellensprung etc.) resultierende und Wucht zum Schwingen angeregt. Dabei haben die Lamellenschlitze des Kommutators eine besondere Bedeutung. Jeder Schlitz hat zur Folge, dass - bedingt durch die radiale Vorspannung - die Bürstenkante bei einer Drehung in den Schlitz rutscht, wobei sie eine Weganregung erfährt. Danach wird die Bürste wieder aus dem Schlitz gedrückt, wodurch sie eine Weg- und Kraftanregung erfährt. Speziell die Anregungen beim Auslauf werden hierbei durch den Lamellensprung verstärkt. Die Weganregung beschränkt sich dabei auf die radiale Richtung der Bürste, in tangentialer Richtung erfolgt eine Kraftanregung. Die Anzahl der Lamellen des Kommutators hat dadurch einen Haupteinfluss auf das betreffende Frequenzspektrum. Die entsprechende Schlitzfrequenz ( ^r) hängt dabei von der Lamellenzahl (iτ ) und der Drehfrequenz des Kommutators wg) aD- Daraus resultiert die Formel: ^ = i^ * ωjζ.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Kommutator für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass das erzeugte Geräusch positiv beeinflusst werden kann. Hierzu weist der Kommutator mehrere Lamellen auf, die Kontaktflächen aufweisen und durch Schlitze voneinander getrennt sind, wobei auf wenigstens einem Teil der Lamellen in der Kontaktfläche mindestens eine Nut vorgesehen ist, die sich im Wesentlichen in Längsrichtung der jeweiligen Lamelle erstreckt. Dadurch kann die auftretende Schlitzfrequenz erhöht werden, so dass hierüber der Frequenzbereich und somit die Anregung der Bürste beeinflusst wird. Dabei gilt es die Schlitzfrequenz so zu ändern, dass die daraus resultierenden Bürstenschwingungen außerhalb des störenden Bereichs liegen.
Einfach fertigen lässt sich ein derartiger Kommutator, wenn der Abstand der Schlitze und Nuten gleichmäßig ist.
Die Lamellen bleiben mechanisch sehr stabil, wenn die Tiefe der Nuten nur einen Teil der Dicke der Lamellen, vorzugsweise 0,5mm, beträgt.
Ein gutes Geräuschverhalten hat sich bei einer Zahl von zwei Nuten je Lamellen ergeben.
Weiterhin lässt sich das Geräusch positiv beeinflussen, wenn die sich gegenüberliegenden Ränder benachbarter Lamellen und die Ränder der Nuten mit einer Fase versehen sind. Besonders gute Resultate lassen sich erzielen, indem die Fasen einen spitzen Winkel, vorzugsweise von 15° bis 20°, mit der Kontaktfläche der jeweiligen Lamelle bilden. Dieser Winkel dient als Ein- bzw. Auslaufschräge. Dadurch ist die Weg- bzw. Kraftanregung, die die Bürste durch die Schlitze erfährt, harmonischer ausgelegt. Zudem ist der Kantenverschleiß an der Bürste geringer.
Der stärkste Effekt hinsichtlich des Geräuschs lässt sich bei am Umfang eines Trommelkommutators verteilten Lamellen erzielen. Fertigungstechnisch ist es günstig, wenn die Nuten kürzer als die Schlitze sind.
Wird ein derartiger Kommutator in einer elektrischen Maschine verwendet, die ihrerseits wiederum in einer Antriebseinheit, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wie ein Fensterheber, Schiebdachantrieb, Triebstrangsteller, insbesondere Kupplungssteller oder dergleichen verwendet wird, so führt auch dies bei der elektrischen Maschine bzw. der Antriebseinheit zu einem verbesserten Geräuschverhalten.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Antriebseinheit, Figur 2 einen Hakenkommutator im Längsschnitt, Figur 3 eine Stirnansicht des Hakenkommutators aus Figur 2 und Figur 4 den Ausschnitt TV aus Figur 3.
Beschreibung des Ausfuhrungsbeispiels
In der Figur 1 ist eine elektrische Maschine 10 gezeigt, die Teil einer Antriebseinheit 12 ist, die bevorzugt Verwendung in einem Kraftfahrzeug findet. Bei der Antriebseinheit 12 kann es sich um einen Fensterheber, einen Schiebdachantrieb, einen Triebstrangsteller, insbesondere Kupplungssteller, oder dergleichen handeln. Symbolisch ist an der elektrischen Maschine 10 ein Getriebe 14 dargestellt.
In den Figuren 2 bis 4 ist ein Kommutator 16 dargestellt. Der Kommutator 16 weist einen zylindrischen Kommutatorkern 18 aus einem Duroplast auf, der von einer metallenen Leiterhülse 20, insbesondere aus Kupfer gefertigt, umgeben ist. In dem Kommutatorkern 18 verläuft eine Aufnahmebohrung 22, in der die nicht dargestellte Ankerwelle der elektrischen Maschine 10 angeordnet wird.
In Längsrichtung verlaufende Schlitze 24 durchtrennen die Leiterhülse 20 in elektrisch gegeneinander isolierte einzelne Lamellen 26 mit Kontaktflächen 27 für nicht dargestellte Bürsten der elektrischen Maschine 10. An einem Ende besitzen die Lamellen 26 je einen Verbindungshaken 28. Mit jedem Verbindungshaken 28 wird ein nicht dargestellter Verbindungsdraht der Läuferwicklung mechanisch und elektrisch verbunden. Da die Lamellen 26 am Umfang angeordnet sind, handelt es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um einen Trornmelkommutator. Es sind genauso viele Lamellen 26 wie Verbindungshaken 28 vorgesehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind es acht, wobei auch andere Zahlen möglich sind. Auf jeder der Lamellen 26 sind zwei Nuten 30 vorgesehen. Es ist auch möglich nur eine oder mehr Nuten 30 je Lamelle vorzusehen. Auch ist es möglich, nur auf einem Teil der Lamellen 26 Nuten 30 vorzusehen. Die Nuten 30 erstrecken sich im Wesentlichen in Längsrichtung der jeweiligen Lamelle 26. Im gezeigten Ausführungsbeispiel verlaufen die Nuten 30 parallel zur Mittelachse 31 des Kommutators. Es ist aber auch ein geneigter Verlauf möglich. Die Nuten 30 sind kürzer als die Schlitze 24.
Der Abstand 32 der Schlitze 24 und der Nuten 30 ist gleichmäßig. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich beim Abstand 32 um den Winkel von Schlitz 24 zu benachbarter Nut 30 bzw. Nut 30 zu benachbarter Nut 30 bezogen auf die Mittelachse 31 des Kommutators 16. Dieser Abstand 32 bzw. Winkel berechnet sich aus 360°/ig, wobei ig die Summe aus der Anzahl der Schlitze 24 und der Anzahl der Nuten 30 ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind 8 Schlitze vorhanden, die 8 Lamellen bilden. Auf jeder Lamelle sind 2 Nuten vorgesehen, woraus sich 2 * 8 = 16 Nuten ergeben. Daraus resultiert is = 8 + 16 = 36. Der Abstand 32 beträgt somit 10°.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Schlitze 24 und Nuten 30 nicht gleichmäßig beabstandet bzw. am Umfang verteilt sind. Eine unsymmetrische Anordnung kann auch Vorteile bei den Geräuschen haben.
Die Tiefe 34 der Nuten 30 beträgt nur einen Teil der Dicke der Lamellen 26, vorzugsweise 0,5mm. Es sind aber auch andere Tiefen möglich. Auch ist es denkbar, dass die Nuten 30 die Lamellen 26 wie die Schlitze 24 in Abschnitte trennen.
Wie aus der Figur 4 deutlicher hervorgeht, sind die sich gegenüberliegenden Ränder 36 benachbarter Lamellen 26 mit Fasen 38 versehen, die sich in Längsrichtung erstrecken. Die Ränder 40 der Nuten 30 sind mit einer Fase 38 versehen. Die Fasen 38 bilden einen spitzen Winkel 42, vorzugsweise von 15° bis 20°, mit der Kontaktfläche 27 der jeweiligen Lamelle 26. Die Fasen 38 sollten so bemessen sein, dass noch eine ausreichende Kontaktfläche 27 für die Bürsten bleibt.
Natürlich ist die Erfindung nicht nur auf Trommelkommutatoren beschränkt. Sie kann auch bei Stirnkommutatoren - auch Plankommutatoren genannt - angewendet werden, bei denen die Lamellen an einer Stirnfläche angeordnet sind.

Claims

Ansprüche
1. Kommutator (16) für eine elektrische Maschine (10), der mehrere Lamellen (26) aufweist, die Kontaktflächen (27) aufweisen und durch Schlitze (24) voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens einem Teil der Lamellen (26) in der Kontaktfläche (27) mindestens eine Nut (30) vorgesehen ist, die sich im Wesentlichen in Längsrichtung der jeweiligen Lamelle (26) erstreckt.
2. Kommutator (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (32) der Schlitze (24) und Nuten (30) gleichmäßig ist.
3. Kommutator (16) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (34) der Nuten (30) nur einen Teil der Dicke der Lamellen (26), vorzugsweise 0,5mm, beträgt.
4. Kommutator (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Lamelle (26) zwei Nuten (30) vorgesehen sind.
5. Kommutator (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sich gegenüberliegenden Ränder (36) benachbarter Lamellen (26) und die Ränder (40) der Nuten (30) mit einer Fase (38) versehen sind.
6. Kommutator (16) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasen (38) einen spitzen Winkel, vorzugsweise von 15° bis 20°, mit der Kontaktfläche (27) der jeweiligen Lamelle (26) bilden.
7. Kommutator (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (26) am Umfang des als Trommelkommutators ausgebildeten Kommutators (16) angeordnet sind.
8. Kommutator (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (30) kürzer als die Schlitze (24) sind.
9. Elektrische Maschine (10) mit einem Kommutator (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
10. Antriebseinheit (12), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wie ein Fensterheber, Schiebdachantrieb, Triebstrangsteller, insbesondere Kupplungssteller oder dergleichen mit einer elektrischen Maschine (10) nach Anspruch 9.
EP04786855A 2003-11-28 2004-09-24 Kommutator Withdrawn EP1690330A2 (de)

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DE10355805A DE10355805A1 (de) 2003-11-28 2003-11-28 Kommutator
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EP1690330A2 true EP1690330A2 (de) 2006-08-16

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