EP1997212A1 - Elektrische maschine - Google Patents

Elektrische maschine

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Publication number
EP1997212A1
EP1997212A1 EP07703912A EP07703912A EP1997212A1 EP 1997212 A1 EP1997212 A1 EP 1997212A1 EP 07703912 A EP07703912 A EP 07703912A EP 07703912 A EP07703912 A EP 07703912A EP 1997212 A1 EP1997212 A1 EP 1997212A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
partial
armature
coil
commutator
coils
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Withdrawn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
EP07703912A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Achim Hawighorst
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 EP1997212A1 publication Critical patent/EP1997212A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H02K13/10—Arrangements of brushes or commutators specially adapted for improving commutation
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K23/00—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
    • H02K23/26—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by the armature windings
    • H02K23/34—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by the armature windings having mixed windings

Definitions

  • the invention relates to an electrical machine, in particular a DC machine, according to the preamble of claim 1.
  • WO 2005/076442 A discloses an electric motor with a symmetrically arranged armature winding.
  • the symmetrically arranged armature winding consists of a first coil which is wound between any two Ankernuten and is electrically contacted on adjacent Kommutatorlamellen.
  • a second coil is wound between two armature slots, which are in point-symmetrical position with respect to the center point of the armature shaft relative to the two armature slots of the first coil and are wound in the opposite direction.
  • the number of Ankernuten is the same
  • the engine has a brush for high and low speeds and a common brush.
  • the first and second spools are arranged to be in a symmetrical position with respect to a center passing through the center of the high-speed brush and the center of the rotary shaft when the high-speed brush comes in contact with the adjacent commutator fin and thereby first coil is shorted to the second coil.
  • the electrical machine according to the invention with the features of claim 1 has an improved noise reduction and improved electromagnetic compatibility (EMC).
  • EMC electromagnetic compatibility
  • the electric machine according to the invention comprises an armature winding of armature coils, wherein at least one armature coil of two symmetrically arranged with respect to the axis of rotation of the armature Part coils is constructed.
  • the armature coils are formed so that in each case two partial coils are arranged symmetrically with respect to the axis of rotation of the armature.
  • the number of commutator bars is an integer multiple of the number of armature slots.
  • the number of Kommutatorlamel- len is in particular at least twice as large as the number of Ankernuten.
  • the number of commutator bars is twice as large as the number of armature slots.
  • the number of lamellae may also be, for example, three times the number of armatures.
  • the commutator preferably has an even number of commutator bars.
  • the two partial coils are arranged symmetrically with respect to one another such that when the partial coils are energized in a magnetic field, substantially no radial forces act on the armature.
  • the two partial coils can be commutated at the same time, for example by being connected to adjacent commutator segments. The resulting radial forces are compensated particularly well by the fact that the two
  • Part coils are arranged substantially geometrically parallel to each other and at the same distance from the axis of rotation of the armature.
  • the radial forces can be compensated particularly well by the fact that the two sub-coils have the same number of turns.
  • the radial forces can also be compensated particularly well by the two sub-coils are wound in opposite directions to each other.
  • the two partial coils arranged symmetrically to one another are also referred to below as a partial coil pair. In particular, it is a two-pole electrical winding.
  • the two symmetrically arranged partial coils are preferably wound in the manner of the ternary winding, but may also be wound in the manner of the diameter winding.
  • a corresponding number of partial coils is wound in each case a Ankernut.
  • the two sub-coils of a partial coil pair can either be connected electrically in series or parallel to one another.
  • the two partial coils In the series connection, the two partial coils have two ends, which are electrically connected to one commutator each. If twice the number of commutator bars is provided, the two ends of the two series-connected partial coils are each electrically connected to the next-but-one commutator bar.
  • the first end of a first partial coil pair is connected to a first commutator and the second end of the first partial coil pair connected to the next but one, so the third, commutator.
  • the intermediate second commutator bar is connected to the first end of a second partial coil pair, while the second end of the second partial coil pair is in turn connected to the next but one, here the fourth, commutator bar.
  • This combination of the two ends of a series-connected partial coil pair continues accordingly until all armature slots are occupied by symmetrically arranged partial coils.
  • the two ends of the series-connected partial coils are each electrically connected to the third commutator bar in an analogous manner. This means that, for example, the first end of a first partial coil pair with a first commutator and the second
  • first coil pair is connected to the fourth commutator. Accordingly, the first end of a second partial coil pair is connected to the second commutator fin, the second end of the second partial coil pair is connected to the fifth commutator fin. Furthermore, the first end of a third partial coil pair is connected to the third commutator fin, the second end of the third partial coil pair is connected to the sixth commutator fin.
  • each of the two partial coils of a partial coil pair has two ends, so that four ends per partial coil pair are electrically conductively connected to the commutator lamellae. With a doubled number of commutator bars, the ends of the two sub-coils are alternately connected to adjacent commutator bars. This means that the second end of a partial coil is connected to the next but one Kommutatorlamelle.
  • the electric machine according to the invention has at least two brushes which slidably rest against the commutator.
  • the two brushes are e.g. opposite each other.
  • the brush width is selected such that during the rotation of the commutator in each case the fins to which the two coil sections are connected, are short-circuited.
  • it may also have a different brush width, e.g. 1, 2 times the width of a commutator bar.
  • a third brush which is radially between the opposing brushes (hereinafter referred to as the first and second brush) is arranged.
  • the third brush is less than 180 ° to the first brush in the direction of rotation by a certain angle, e.g. 70 °, offset.
  • the two opposing brushes i. the first and second brush
  • the third brush is de-energized.
  • the second and the third brush are energized, whereas the first brush is de-energized.
  • the second brush thus forms the common brush, which cooperates at low speeds with the first brush and at high speeds with the third brush.
  • the symmetrically arranged partial coils are designed as double windings with reduced, e.g. formed with the half, coil wire cross section in two layers. As a result, an increased Nut Shelltex can be achieved.
  • the electrical machine according to the invention may be, for example, a two-pole DC motor for adjusting movable components in the motor vehicle, such as e.g. a windscreen wiper motor, window lift motor, seat adjustment motor.
  • Fig. 1 shows an electric machine with two brushes
  • Fig. 2 shows a first embodiment of armature coils with two symmetrical partial coils with tendon winding in series
  • Fig. 3 shows a second embodiment of armature coils with two symmetrical partial coils with tendon winding in parallel
  • FIG. 4 shows a third embodiment of armature coils with two symmetrical partial coils with a diameter winding
  • Fig. 5 shows a fourth embodiment with three times the number of commutator bars.
  • an electrical machine 100 which has an armature 20, two magnetic pole 30 and a commutator 10 with Kommutatorlamellen 11.
  • the armature 20 and the commutator 10 are rotatably mounted on an armature shaft 22 having a rotation axis 21.
  • First and second brushes 14 slidably face each other on the commutator 10.
  • FIG. 2 schematically shows a partial development of a first embodiment of armature coils, each having two symmetrical partial coils.
  • the commutator 10 has 24 lamellae 11 and the armature 20 has twelve teeth 23 and twelve armature slots 24.
  • the armature coil is wound in the manner of a loop winding in the form of a chord winding.
  • a first partial coil pair 25, 26 is wound as follows: The winding of a first partial coil 25 is located in a first anchor groove 24 between the twelfth and first teeth 23 and the sixth anchor groove 24 between the fifth and sixth teeth 23.
  • the winding of a second partial coil 26 is located in the twelfth Ankernut 24 between the eleventh and twelfth tooth 23 and the seventh Ankernut 24 between the sixth and seventh tooth 23.
  • the two ends of the first and second part coil 25, 26 are connected to the next but one (here the third and fifth) commutator 11th electrically connected.
  • the two partial coils 25, 26 are therefore connected in series.
  • the first and sixth Ankernut 24 and the seventh and twelfth Ankernut 24 are opposite to each other, so that the two sub-coils 25, 26 are arranged symmetrically with respect to the axis of rotation 13 of the armature 20.
  • the partial coils 25, 26 run parallel to one another, the two partial coils 25, 26 being wound in the opposite direction. are wrapped in a sense. In the illustrated embodiment, first the first partial coil 25 is wound before the second partial coil 26 is wound. Alternatively, however, the two partial coils 25, 26 are alternately wound.
  • a first partial coil 25 'of a second partial coil pair 25', 26 ' is also located in the first and sixth armature groove 24, the second partial coil 26' of the second partial coil pair 25 ', 26' lies in the twelfth and seventh Ankernut 24.
  • the two ends are in turn each connected to the next but one Kommutatorlamelle 11, wherein the first end of the second coil sub-pair is here tatorlamelle 11 connected to the fourth, the second end with the sixth commutator.
  • the other armature slots 24 are each occupied by two first partial coils 25 or second partial coils 26 of two partial coil pairs 25, 26, the two ends of a partial coil pair 25, 26 each having the next but one Kommutatorlamelle 11 (eg the third and fifth, and the fourth and sixth ) connected is.
  • Commutator blade 11 are connected.
  • Fig. 3 is a partial development of a second embodiment of armature coils, each with two symmetrical partial coils 25, 26 and 25 ', 26' of two partial coil pairs shown schematically.
  • the commutator 10 has 24 lamellae 11 and the armature 20 has twelve teeth 23 and twelve armature slots 24.
  • the armature coil is likewise wound in the manner of the loop winding in the form of a chord winding.
  • the winding of a first partial coil 25 of a first partial coil pair 25, 26 is located in the second anchor groove 24 between the first and second teeth 23 and the seventh anchor groove 24 between the sixth and seventh teeth 23.
  • the winding of a second partial coil 26 of the first partial coil pair 25, 26th is located in the first anchor groove 24 between the twelfth and first tooth 23 and the eighth anchor groove 24 between the seventh and eighth tooth 23.
  • the two sub-coils 25, 26 are connected in parallel by the two ends of each sub-coil 25, 26, each with the next but one Kommutatorlamelle 11 are electrically connected. That is, in FIG. 3, the first end of the first sub-coil
  • the first partial coil 25 'of a second partial coil pair 25 ', 26' is in the same Ankernuten 24 as the first part coil 25 of the first coil subgroup 25, 26, but the coil ends of FIG. 3 with the seventh and ninth Kommutatorlamelle 11 are electrically connected.
  • the second partial coil 26 'of the second partial coil pair 25', 26 ' is wound in the same armature slots 24 as the second partial coil 26 of the first partial coil pair 25, 26. Their first and second ends are connected to the sixth and eighth commutator blades 11.
  • FIG. 4 schematically shows a partial development of a first embodiment of armature coils, each having two symmetrical partial coils.
  • the commutator 10 has 24 fins 11 and the armature 20 has twelve teeth
  • a first partial coil pair 25, 26 is wound as follows: The winding of a first partial coil 25 lies in a first armature groove 24 between the twelfth and first tooth 23 and in the seventh armature groove 24 between the sixth and seventh tooth 23. The winding of a second partial coil 26 is also in the first anchor groove 24 between the twelfth and first tooth 23 and the seventh anchor groove 24 between the sixth and seventh tooth 23. The two ends of the first and second coil sections 25, 26 are with the next but one (here the sixth and eighth) Commutator blade 11 electrically connected. The two partial coils 25, 26 are therefore connected in series. In the illustrated embodiment, first the first sub-coil 25 is wound before the second sub-coil 26 is wound. Alternatively, however, the two partial coils 25, 26 are alternately wound.
  • a first partial coil 25 'and the second partial coil 26' of a second partial coil pair 25 ', 26' are also in the first and seventh Ankernut 24.
  • the two ends are in turn connected to each of the next but one Kommutatorlamelle 11, wherein the first end of the second partial coil 25th ', 26' is connected to the seventh, the second end to the ninth Kommutatorlamelle 11.
  • the other armature slots 24 are each occupied by two first partial coils 25 or second partial coils 26 of two partial coil pairs 25, 26, the two ends of a partial coil pair 25, 26 each having the next but one Kommutatorlamelle 11 (eg the third and fifth, and the fourth and sixth ) connected is.
  • a first partial coil pair 25, 26 is wound as follows: The winding of a first partial coil 25 is located in a first anchor groove 24 between the eighth and first teeth 23 and the fourth anchor groove 24 between the third and fourth teeth 23. The winding of a second partial coil 26 is located in the eighth anchor groove 24 between the seventh and eighth teeth 23 and the fifth anchor groove 24 between the fourth and fifth teeth 23. The two ends of the first and second sub-coils 25, 26 are connected to the third (here the third and sixth) commutator segments 11 electrically connected. The two partial coils 25, 26 are therefore connected in series. Analogous to the embodiment shown in FIG. 2, the armature slots 24, in which the first partial coil 25 is wound, and the armature slots 24, in which the second partial coil 26 is wound, face each other.
  • the two sub-coils 25, 26 are arranged symmetrically with respect to the axis of rotation 13 of the armature 20 by running parallel to each other, wherein the two sub-coils 25, 26 are wound in the reverse sense. In the illustrated embodiment, first the first sub-coil 25 is wound before the second sub-coil 26 is wound. Alternatively, however, the two partial coils
  • a first partial coil 25 'of a second partial coil pair 25', 26 ' is also located in the first and fourth armature 24, the second partial coil 26' of the second partial coil pair 25 ', 26' is also in the eighth and fifth Ankernut 24.
  • the two ends in turn connected in each case to the third commutator lamella 11, the first end of the second partial coil pair 25 ', 26' being connected here to the fourth, the second end to the seventh commutator lamella 11.
  • a first partial coil 25 'of a third partial coil pair 25 “, 26” also lies in the first and fourth armature groove 24, the second partial coil 26' of the third partial coil pair 25 “, 26” also lies in the eighth and fifth armature groove 24.
  • the two ends are in turn connected in each case to the third commutator plate 11, wherein the first end of the third partial coil pair 25 ", 26" is here connected to the fifth, the second end to the eighth commutator plate 11.
  • the other Ankernuten 24 each with three first coil sections 25, 25 ', 25 "or second coil sections 26, 26', 26" three coil pairs 25, 26, 25 ', 26' and 25 ", 26” occupied, wherein the both ends of a partial coil pair 25, 26, 25 ', 26' or 25 ", 26" with each of the next but one Kommutatorlamelle 11 (eg the third and sixth, the fourth and seventh, and the fifth and eighth) is connected.
  • Kommutatorlamelle 11 eg the third and sixth, the fourth and seventh, and the fifth and eighth

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine elektrische Maschine umfassend einen Anker (20) mit Ankernuten (24) zur Aufnahme von Ankerspulen sowie einen Kommutator (10) mit Kommutatorlamellen (11), wobei wenigstens eine Ankerspule aus zwei Teilspulen (25, 26) gebildet ist, die bezüglich der Drehachse (21) des Ankers (20) symmetrisch zu- einander angeordnet sind. Die elektrische Maschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Kommutatorlamellen (11) ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Ankernuten (24) ist.

Description

Beschreibung
Titel
Elektrische Maschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere eine Gleichstrommaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus WO 2005/076442 A ist ein elektrischer Motor mit einer symmetrisch angeordneten Ankerwicklung bekannt. Die symmetrisch angeordnete Ankerwicklung besteht aus einer ersten Spule, die zwischen zwei beliebigen Ankernuten gewickelt ist und an benachbarten Kommutatorlamellen elektrisch kontaktiert ist. Eine zweite Spule ist zwischen zwei Ankernuten gewickelt, die zu den beiden Ankernuten der ersten Spule in Bezug auf den Mittelpunkt der Ankerwelle in punktsymmetrischer Stellung stehen und in entgegenge- setzter Richtung gewickelt ist. Bei dem Motor ist die Anzahl der Ankernuten gleich der
Anzahl der Kommutatorlamellen. Der Motor hat je eine Bürste für hohe und niedrige Geschwindigkeiten sowie eine gemeinsame Bürste. Die erste und zweite Spule sind derart angeordnet, dass sie sich in einer symmetrischen Stellung zu einer den Mittelpunkt der Bürste für hohe Geschwindigkeiten und den Mittelpunkt der Drehwelle durchgehenden Achse befinden, wenn die Bürste für hohe Geschwindigkeiten in Kontakt mit der benachbarten Kommutatorlamelle kommt und dadurch die erste Spule mit der zweiten Spule kurzgeschlossen wird.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist eine verbesserte Geräuschreduzierung sowie eine verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) auf. Dies wird dadurch erreicht, dass die erfindungsgemäße elektrische Maschine eine Ankerwicklung aus Ankerspulen aufweist, wobei wenigstens eine Ankerspule aus zwei bezüglich der Drehachse des Ankers symmetrisch angeordnete Teilspulen aufgebaut ist. Dies bedeutet, dass die Ankerspulen so ausgebildet sind, dass jeweils zwei Teilspulen bezüglich der Drehachse des Ankers symmetrisch zueinander angeordnet sind. Erfmdungsgemäß ist dabei die Anzahl der Kommutatorlamellen ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Ankernuten. Die Anzahl der Kommutatorlamel- len ist insbesondere mindestens doppelt so groß wie die Anzahl der Ankernuten. Bevorzugt ist die Anzahl der Kommutatorlamellen doppelt so groß wie die Anzahl der Ankernuten. Die Lamellenanzahl kann jedoch z.B. auch das Dreifache der Ankernutenzahl betragen. Außerdem weist der Kommutator bevorzugt eine gerade Anzahl an Kommutatorlamellen auf.
Die beiden Teilspulen sind erfmdungsgemäß derart symmetrisch zueinander angeordnet, dass bei Bestromung der Teilspulen in einem Magnetfeld im Wesentlichen keine radialen Kräfte auf den Anker wirken. Die beiden Teilspulen sind gleichzeitig kommutierbar, beispielsweise indem sie an benachbarte Kommutatorlamellen angeschlossen sind. Die re- sultierenden Radialkräfte werden besonders gut dadurch kompensiert, dass die beiden
Teilspulen im Wesentlichen geometrisch parallel zueinander und in gleichem Abstand zur Drehachse des Ankers angeordnet sind. Außerdem lassen sich die Radialkräfte besonders gut dadurch kompensieren, dass die beiden Teilspulen gleich viele Windungen aufweisen. Die Radialkräfte lassen sich ferner besonders gut kompensieren, indem die beiden Teil- spulen in umgekehrtem Wickelsinn zueinander gewickelt sind. Die beiden symmetrisch zueinander angeordneten Teilspulen werden nachfolgend auch als ein Teilspulenpaar bezeichnet. Insbesondere handelt es sich um eine zweipolige elektrische Wicklung.
Die beiden symmetrisch angeordneten Teilspulen sind vorzugsweise nach Art der Seh- nenwicklung gewickelt, können jedoch auch nach Art der Durchmesserwicklung gewickelt sein.
Bei einer vielfachen Kommutatorlamellenzahl ist entsprechend eine vielfache Anzahl an Teilspulen in jeweils eine Ankernut gewickelt. So befinden sich zum Beispiel bei der doppelten Anzahl an Lamellen zwei Teilspulen (jeweils eine Teilspule eines Teilspulenpaares) bzw. bei der dreifachen Anzahl an Lamellen drei Teilspulen (ebenfalls jeweils eine Teilspule eines Teilspulenpaares) in einer Ankernut. Dies bedeutet, dass in einer Ankernut zwei bzw. drei Teilspulen zweier bzw. dreier Teilspulenpaare angeordnet sind. Bei einer gegebenen Nutfläche kann dies beispielsweise durch eine entsprechend gerin- gere Windungszahl pro Teilspule oder einen geringeren Spulendrahtquerschnitt erreicht werden, wobei ersteres mit einer Änderung der Drehzahl, letzteres mit einer Änderung der Leistung verbunden ist.
Die beiden Teilspulen eines Teilspulenpaares können entweder elektrisch in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sein. Bei der Reihenschaltung weisen die beiden Teilspulen zwei Enden auf, die mit jeweils einer Kommutatorlamelle elektrisch verbunden sind. Ist die doppelte Anzahl an Kommutatorlamellen vorgesehen, so sind die beiden Enden der beiden in Reihe geschalteten Teilspulen jeweils mit der übernächsten Kommutatorlamelle elektrisch verbunden. So ist beispielsweise das erste Ende eines ersten Teilspulenpaares mit einer ersten Kommutatorlamelle verbunden und das zweite Ende des ersten Teilspulenpaares mit der übernächsten, also der dritten, Kommutatorlamelle verbunden. Die dazwischen liegende, zweite Kommutatorlamelle ist mit dem ersten Ende eines zweiten Teilspulenpaares verbunden, während das zweite Ende des zweiten Teilspulenpaares wiederum mit der übernächsten, hier der vierten, Kommutatorlamelle verbunden ist. Diese Verknüpfung der beiden Enden eines in Reihe geschalteten Teilspulenpaares setzt sich entsprechend so lange fort, bis alle Ankernuten mit symmetrisch angeordneten Teilspulen besetzt sind. Bei einer dreifachen Anzahl an Kommutatorlamellen sind in analoger Weise die beiden Enden der in Reihe geschalteten Teilspulen jeweils mit der dritten Kommutatorlamelle elektrisch verbunden. Dies bedeutet, dass beispielsweise das erste Ende eines ersten Teilspulenpaares mit einer ersten Kommutatorlamelle und das zweite
Ende des ersten Teilspulenpaares mit der vierten Kommutatorlamelle verbunden ist. Das erste Ende eines zweiten Teilspulenpaares ist demnach mit der zweiten Kommutatorlamelle, das zweite Ende des zweiten Teilspulenpaares mit der fünften Kommutatorlamelle verbunden. Ferner ist das erste Ende eines dritten Teilspulenpaares mit der dritten Kommutatorlamelle, das zweite Ende des dritten Teilspulenpaares mit der sechsten Kommutatorlamelle verbunden.
Bei der Parallelschaltung hingegen weist jede der beiden Teilspulen eines Teilspulenpaares zwei Enden auf, so dass vier Enden pro Teilspulenpaar mit den Kommutator- lamellen elektrisch leitend verbunden sind. Bei einer doppelten Anzahl an Kommutatorlamellen sind die Enden der beiden Teilspulen wechselweise mit benachbarten Kommutatorlamellen verbunden. Dies bedeutet, dass das zweite Ende einer Teilspule jeweils mit der übernächsten Kommutatorlamelle verbunden ist. Demnach ist beispielsweise das erste Ende einer ersten Teilspule mit einer ersten Kommutatorlamelle und das zweite Ende der ersten Teilspule mit der übernächsten, d.h. der dritten, Kommutatorlamelle verbunden, während das erste Ende der zweiten Teilspule mit der zweiten Kommutatorlamelle und das zweite Ende der zweiten Teilspule mit der vierten Kommutatorlamelle verbunden ist.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine weist mindestens zwei Bürsten auf, welche gleitbar an dem Kommutator anliegen. Die beiden Bürsten liegen z.B. einander gegenüber. Um bei der Kommutierung einen möglichst gleichmäßigen Stromfluss zu gewährleisten, ist die Bürstenbreite derart gewählt, dass bei der Drehung des Kommutators jeweils die Lamellen, mit denen die beiden Teilspulen verbunden sind, kurzgeschlossen sind. Es kann jedoch auch eine andere Bürstenbreite, z.B. das l,2fache der Breite einer Kommutatorlamelle, gewählt werden.
Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine kann zur Drehzahlstellung auch eine dritte Bürste vorgesehen sein, welche radial zwischen den einander gegenüberliegenden Bürsten (nachfolgend auch als die erste und zweite Bürste bezeichnet) angeordnet ist. Demnach ist die dritte Bürste gegenüber der ersten Bürste in Drehrichtung um einen bestimmten Winkel kleiner als 180°, z.B. 70°, versetzt angeordnet. Dabei werden in der niedrigen Drehzahlstufe die beiden einander gegenüber liegenden Bürsten, d.h. die erste und zweite Bürste, bestromt, während die dritte Bürste stromlos ist. In der hohen Drehzahlstufe werden die zweite und die dritte Bürste bestromt, wohingegen die erste Bürste stromlos ist. Die zweite Bürste bildet demnach die gemeinsame Bürste, welche bei niedrigen Drehzahlen mit der ersten Bürste und bei hohen Drehzahlen mit der dritten Bürste zusammenwirkt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die symmetrisch angeordneten Teil- spulen als Doppelwicklung mit reduziertem, z.B. mit dem halben, Spulendrahtquerschnitt in zwei Lagen ausgebildet. Dadurch kann ein erhöhter Nutfüllfaktor erzielt werden.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine kann beispielsweise ein zweipoliger Gleichstrommotor zum Verstellen bewegbarer Bauteile im Kraftfahrzeug sein, wie z.B. ein Scheibenwischermotor, Fensterhebermotor, Sitzverstellmotor.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine elektrische Maschine mit zwei Bürsten Fig. 2 eine erste Ausfuhrungsform von Ankerspulen mit zwei symmetrischen Teilspulen mit Sehnenwicklung in Reihenschaltung
Fig. 3 eine zweite Ausführungsform von Ankerspulen mit zwei symmetrischen Teilspulen mit Sehnenwicklung in Parallelschaltung
Fig. 4 eine dritte Ausführungsform von Ankerspulen mit zwei symmetrischen Teilspulen mit Durchmesserwicklung
Fig. 5 eine vierte Ausführungsform mit der dreifachen Anzahl an Kommutatorlamellen.
In Fig. 1 ist eine elektrische Maschine 100 gezeigt, welche einen Anker 20, zwei Magnet- pole 30 und einen Kommutator 10 mit Kommutatorlamellen 11 aufweist. Der Anker 20 und der Kommutator 10 sind auf einer Ankerwelle 22 mit einer Drehachse 21 drehfest gelagert. Eine erste und zweite Bürste 14 liegen einander gegenüber gleitbar an dem Kommutator 10 an.
In Fig. 2 ist eine teilweise Abwicklung einer ersten Ausführungsform von Ankerspulen mit jeweils zwei symmetrischen Teilspulen schematisch dargestellt. In der dargestellten Aus führungs form hat der Kommutator 10 24 Lamellen 11 und der Anker 20 zwölf Zähne 23 und zwölf Ankernuten 24. Die Ankerspule ist nach Art der Schleifenwicklung in Form einer Sehnenwicklung gewickelt. Ein erstes Teilspulenpaar 25, 26 ist wie folgt gewickelt: Die Wicklung einer ersten Teilspule 25 liegt in einer ersten Ankernut 24 zwischen dem zwölften und ersten Zahn 23 und der sechsten Ankernut 24 zwischen dem fünften und sechsten Zahn 23. Die Wicklung einer zweiten Teilspule 26 liegt in der zwölften Ankernut 24 zwischen dem elften und zwölften Zahn 23 und der siebten Ankernut 24 zwischen dem sechsten und siebten Zahn 23. Die beiden Enden der ersten und zweiten Teilspule 25, 26 sind mit der jeweils übernächsten (hier der dritten und fünften) Kommutatorlamelle 11 elektrisch verbunden. Die beiden Teilspulen 25, 26 sind demnach in Reihe geschaltet. Die erste und sechste Ankernut 24 sowie die siebte und zwölfte Ankernut 24 liegen einander gegenüber, so dass die beiden Teilspulen 25, 26 bezüglich der Drehachse 13 des Ankers 20 symmetrisch zueinander angeordnet sind. Die Teilspulen 25, 26 ver- laufen parallel zueinander, wobei die beiden Teilspulen 25, 26 in umgekehrtem Wickel- sinn gewickelt sind. In der dargestellten Ausfuhrungsform wird zunächst die erste Teilspule 25 gewickelt, bevor die zweite Teilspule 26 gewickelt wird. Alternativ können jedoch auch die beiden Teilspulen 25, 26 wechselweise gewickelt werden.
Eine erste Teilspule 25' eines zweiten Teilspulenpaares 25', 26' liegt ebenfalls in der ersten und sechsten Ankernut 24, die zweite Teilspule 26' des zweiten Teilspulenpaares 25', 26' liegt in der zwölften und siebten Ankernut 24. Die beiden Enden sind wiederum mit jeweils der übernächsten Kommutatorlamelle 11 verbunden, wobei das erste Ende des zweiten Teilspulenpaares hier mit der vierten, das zweite Ende mit der sechsten Kommu- tatorlamelle 11 verbunden ist. Dementsprechend sind auch die weiteren Ankernuten 24 jeweils mit zwei ersten Teilspulen 25 oder zweiten Teilspulen 26 zweier Teilspulenpaare 25, 26 belegt, wobei die beiden Enden eines Teilspulenpaares 25, 26 mit jeweils der übernächsten Kommutatorlamelle 11 (z.B. der dritten und fünften sowie der vierten und sechsten) verbunden ist. Dies bedeutet, dass die vier Enden zweier Teilspulenpaare 25, 26 und 25', 26', welche in gleichen Ankernuten 24 liegen, wechselweise mit jeweils einer
Kommutatorlamelle 11 verbunden sind.
In Fig. 3 ist eine teilweise Abwicklung einer zweiten Ausführungsform von Ankerspulen mit jeweils zwei symmetrischen Teilspulen 25, 26 sowie 25', 26' zweier Teilspulenpaare schematisch dargestellt. In der dargestellten Aus führungs form hat wiederum der Kommutator 10 24 Lamellen 11 und der Anker 20 zwölf Zähne 23 und zwölf Ankernuten 24. Die Ankerspule ist ebenfalls nach Art der Schleifenwicklung in Form einer Sehnenwicklung gewickelt. Die Wicklung einer ersten Teilspule 25 eines ersten Teilspulenpaares 25, 26 liegt in der zweiten Ankernut 24 zwischen dem ersten und zweiten Zahn 23 und der siebten Ankernut 24 zwischen dem sechsten und siebten Zahn 23. Die Wicklung einer zweiten Teilspule 26 des ersten Teilspulenpaares 25, 26 liegt in der ersten Ankernut 24 zwischen dem zwölften und ersten Zahn 23 und der achten Ankernut 24 zwischen dem siebten und achten Zahn 23. Die beiden Teilspulen 25, 26 sind parallel geschaltet, indem die beiden Enden jeder Teilspule 25, 26 mit jeweils der übernächsten Kommutatorlamelle 11 elektrisch verbunden sind. Das heißt, dass in Fig. 3 das erste Ende der ersten Teilspule
25 mit der sechsten Lamelle 11, das zweite Ende der ersten Teilspule 25 mit der achten Lamelle 11 und das erste Ende der zweiten Teilspule 26 mit der siebten Lamelle 11 , das zweite Ende der zweiten Teilspule 26 mit der neunten Lamelle 11 verbunden ist. Demnach sind die vier Enden des Teilspulenpaares 25, 26 wechselweise mit benachbarten Kommutatorlamellen 11 verbunden. Die erste Teilspule 25' eines zweiten Teilspulen- paares 25', 26' liegt in denselben Ankernuten 24 wie die erste Teilspule 25 des ersten Teilspulenpaares 25, 26, jedoch sind die Spulenenden gemäß Fig. 3 mit der siebten und neunten Kommutatorlamelle 11 elektrisch verbunden. Dementsprechend ist die zweite Teilspule 26' des zweiten Teilspulenpaares 25', 26' in denselben Ankernuten 24 ge- wickelt wie die zweite Teilpule 26 des ersten Teilspulenpaares 25, 26. Deren erstes und zweites Ende ist mit der sechsten und achten Kommutatorlamelle 11 verbunden.
In Fig. 4 ist eine teilweise Abwicklung einer ersten Ausführungsform von Ankerspulen mit jeweils zwei symmetrischen Teilspulen schematisch dargestellt. In der dargestellten Aus führungs form hat der Kommutator 10 24 Lamellen 11 und der Anker 20 zwölf Zähne
23 und zwölf Ankernuten 24. Die Ankerspule ist nach Art der Schleifenwicklung in Form einer Durchmesserwicklung gewickelt. Ein erstes Teilspulenpaar 25, 26 ist wie folgt gewickelt: Die Wicklung einer ersten Teilspule 25 liegt in einer ersten Ankernut 24 zwischen dem zwölften und ersten Zahn 23 und in der siebten Ankernut 24 zwischen dem sechsten und siebten Zahn 23. Die Wicklung einer zweiten Teilspule 26 liegt ebenfalls in der ersten Ankernut 24 zwischen dem zwölften und ersten Zahn 23 und der siebten Ankernut 24 zwischen dem sechsten und siebten Zahn 23. Die beiden Enden der ersten und zweiten Teilspule 25, 26 sind mit der jeweils übernächsten (hier der sechsten und achten) Kommutatorlamelle 11 elektrisch verbunden. Die beiden Teilspulen 25, 26 sind demnach in Reihe geschaltet. In der dargestellten Ausführungsform wird zunächst die erste Teilspule 25 gewickelt, bevor die zweite Teilspule 26 gewickelt wird. Alternativ können jedoch auch die beiden Teilspulen 25, 26 wechselweise gewickelt werden.
Eine erste Teilspule 25' sowie die zweite Teilspule 26' eines zweiten Teilspulenpaares 25', 26' liegen ebenfalls in der ersten und siebten Ankernut 24. Die beiden Enden sind wiederum mit jeweils der übernächsten Kommutatorlamelle 11 verbunden, wobei das erste Ende des zweiten Teilspulenpaares 25', 26' mit der siebten, das zweite Ende mit der neunten Kommutatorlamelle 11 verbunden ist. Dementsprechend sind auch die weiteren Ankernuten 24 jeweils mit zwei ersten Teilspulen 25 oder zweiten Teilspulen 26 zweier Teilspulenpaare 25, 26 belegt, wobei die beiden Enden eines Teilspulenpaares 25, 26 mit jeweils der übernächsten Kommutatorlamelle 11 (z.B. der dritten und fünften sowie der vierten und sechsten) verbunden ist. Dies bedeutet, dass die vier Enden zweier Teilspulenpaare 25, 26 und 25', 26', welche in gleichen Ankernuten 24 liegen, wechselweise mit jeweils einer Kommutatorlamelle 11 verbunden sind. In der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 5 ist eine teilweise Abwicklung von Ankerspulen mit jeweils zwei symmetrischen Teilspulen schematisch dargestellt, in der der Kommutator 10 24 Lamellen 11 und der Anker 20 acht Zähne 23 und acht Ankernuten 24 hat. Die Anzahl der Kommutatorlamellen 11 beträgt demnach das Dreifache der Anzahl an Ankernu- ten 24. Die Ankerspule ist nach Art der Schleifenwicklung in Form einer Sehnenwicklung gewickelt. Ein erstes Teilspulenpaar 25, 26 ist wie folgt gewickelt: Die Wicklung einer ersten Teilspule 25 liegt in einer ersten Ankernut 24 zwischen dem achten und ersten Zahn 23 und der vierten Ankernut 24 zwischen dem dritten und vierten Zahn 23. Die Wicklung einer zweiten Teilspule 26 liegt in der achten Ankernut 24 zwischen dem siebten und achten Zahn 23 und der fünften Ankernut 24 zwischen dem vierten und fünften Zahn 23. Die beiden Enden der ersten und zweiten Teilspule 25, 26 sind mit der jeweils dritten (hier der dritten und sechsten) Kommutatorlamelle 11 elektrisch verbunden. Die beiden Teilspulen 25, 26 sind demnach in Reihe geschaltet. Analog zu der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform liegen die Ankernuten 24, in die die erste Teilspule 25 gewickelt ist, und die Ankernuten 24, in die die zweite Teilspule 26 gewickelt ist, einander gegenüber. Die beiden Teilspulen 25, 26 sind bezüglich der Drehachse 13 des Ankers 20 symmetrisch zueinander angeordnet, indem sie parallel zueinander verlaufen, wobei die beiden Teilspulen 25, 26 in umgekehrtem Wickelsinn gewickelt sind. In der dargestellten Ausführungsform wird zunächst die erste Teilspule 25 gewickelt, bevor die zweite Teilspule 26 gewickelt wird. Alternativ können jedoch auch die beiden Teilspulen
25, 26 wechselweise gewickelt werden.
Eine erste Teilspule 25' eines zweiten Teilspulenpaares 25', 26' liegt ebenfalls in der ersten und vierten Ankernut 24, die zweite Teilspule 26' des zweiten Teilspulenpaares 25', 26' liegt ebenfalls in der achten und fünften Ankernut 24. Die beiden Enden sind wiederum mit jeweils der dritten Kommutatorlamelle 11 verbunden, wobei das erste Ende des zweiten Teilspulenpaares 25', 26' hier mit der vierten, das zweite Ende mit der siebten Kommutatorlamelle 11 verbunden ist.
Eine erste Teilspule 25' eines dritten Teilspulenpaares 25", 26" liegt ebenfalls in der ersten und vierten Ankernut 24, die zweite Teilspule 26' des dritten Teilspulenpaares 25", 26" liegt ebenfalls in der achten und fünften Ankernut 24. Die beiden Enden sind wiederum mit jeweils der dritten Kommutatorlamelle 11 verbunden, wobei das erste Ende des dritten Teilspulenpaares 25", 26" hier mit der fünften, das zweite Ende mit der achten Kommutatorlamelle 11 verbunden ist. Dementsprechend sind auch die weiteren Ankernuten 24 jeweils mit drei ersten Teilspulen 25, 25', 25" oder zweiten Teilspulen 26, 26', 26" dreier Teilspulenpaare 25, 26, 25', 26' und 25", 26" belegt, wobei die beiden Enden eines Teilspulenpaares 25, 26, 25', 26' oder 25", 26" mit jeweils der übernächsten Kommutatorlamelle 11 (z.B. der dritten und sechsten, der vierten und siebten sowie der fünften und achten) verbunden ist. Dies bedeutet, dass die vier Enden zweier Teilspulenpaare 25, 26 und 25', 26', welche in gleichen Ankernuten 24 liegen, wechselweise mit jeweils einer Kommutatorlamelle 11 verbunden sind.
Fig. 2, 3, 4 und 5 zeigen jeweils eine Ausführungsform einer Reihenschaltung und einer Parallelschaltung der beiden Teilspulen 25, 26. Nach dem dargestellten Prinzip der Wicklung zweier symmetrisch angeordneter Teilspulen 25, 26 sind viele weitere Wicklungsschemata realisierbar.

Claims

Ansprüche
1. Elektrische Maschine umfassend einen Anker (20) mit Ankernuten (24) zur Aufnahme von Ankerspulen sowie einen Kommutator (10) mit Kommutatorlamellen (11), wobei wenigstens eine Ankerspule aus zwei Teilspulen (25, 26) gebildet ist, die be- züglich der Drehachse (21) des Ankers (20) symmetrisch zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Kommutatorlamellen (11) ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Ankernuten (24) ist.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Kommutatorlamellen (11) mindestens doppelt so groß ist wie die Anzahl der Ankernuten (24).
3. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilspulen (25, 26) im Wesentlichen geometrisch parallel zueinander ange- ordnet sind.
4. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilspulen (25, 26) gleich viele Windungen aufweisen.
5. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilspulen (25, 26) in umgekehrtem Wickelsinn gewickelt sind.
6. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilspulen (25, 26) elektrisch in Reihe geschaltet sind.
7. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilspulen (25, 26) elektrisch parallel geschaltet sind.
8. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Bürsten (14) gleitbar an dem Kommutator (10) anliegen.
9. Elektrische Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass drei Bürsten (14) gleitbar an dem Kommutator (10) anliegen.
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