JP2017504297A - 接触式整流子電動機 - Google Patents

Abstract

本発明は、対応する複数のコンタクトエレメント（２９）への電気的かつ機械的な接続のための複数のコンタクトゾーン（２７）を有する整流子ディスク（２６）を備えた電動機（８）に関する。簡素化された構成によれば、複数のコンタクトゾーン（２７）のうちの１つが環状の正極ゾーン（３２）として構成される一方、複数のコンタクトエレメント（２９）のうちの１つが、正極ゾーン（３２）と接触し、かつ電動機（８）の正極結線（３５）に電気接続された正極コンタクト（３４）として構成されている。また、複数のコンタクトゾーン（２７）のうちの１つが環状の負極ゾーン（３０）として構成される一方、複数のコンタクトエレメント（２９）のうちの１つが、負極ゾーン（３０）と接触し、かつ電動機（８）の負極結線（３２）に電気接続された負極コンタクト（３１）として構成されている。また、複数のコンタクトゾーン（２７）のうちの少なくとも１つは、周方向（３３）にて、正極ゾーン（３２）に電気接続された複数の正極セグメント（３８）と、負極ゾーン（３０）に電気接続された複数の負極セグメント（３９）とに区分された環状の制御ゾーン（３６）として構成され、かつ、各コイル（２３）に対して、複数のコンタクトエレメント（２９）のうちの１つが、各制御ゾーン（３６）と接触し、かつ当該コイル（２３）に電気接続されたコイルコンタクト（３７）として構成されている。

Description

本発明は、請求項１の前提部による接触式整流子電動機に関する。更に、本発明は、調整可能なアクチュエータと、前記タイプの電動機とを備えた車両部品に関する。

公知の電動機は、固定子と、当該固定子に対して回転可能な回転子とを有する。回転子は、電動機の駆動軸を駆動し、又はこれを形成する。これにより、機械的な駆動力が電動機から出力され得る。電動機に関し、ＤＣモータとも呼ばれる直流電動機と、ＡＣモータとも呼ばれる交流電動機とが区別される。また、固定子の中に回転子が同心状に配置される内回転子モータと、回転子の中に固定子が同心状に配置される外回転子モータとが区別される。更に、非接触式整流子電動機が、接触式整流子電動機と区別される。接触式整流は、その目的のためにスリップラインと接触し、その過程で電気接続を形成する少なくとも１つのコンタクトエレメントにより、物理的又は機械的な接触を介して達成される。コンタクトエレメントは、「ブラシ」とも呼ばれる。一般に、コンタクトエレメントは、カーボンからなる接触体を有する。これとは対照的に、非接触式整流は、電子的に、すなわち適切な電子デバイス又は電子回路により達成される。整流は、回転子を駆動して、回転子の回転により、これに対応して回転する磁界を生成するために必要とされる。そのために、回転子に又は固定子に設けられた電気コイルは、その電気極性に関して切り換えられ、又は反転させられねばならない。コレクタ又は反転スイッチとも呼ばれる整流子は、この目的のために用いられる。

西独国実用新案出願公開第６６０１１８４号明細書から、静止した固定子と、回転軸の周りに回転可能に配置された回転子とを備え、更に回転子に配置された少なくとも１つの電気的なコイルからなるコイル装置が設けられた電動機が公知である。当該公知の電動機には、回転子とともに回転できるように当該回転子に対して固定の態様で接続され、かつ軸方向に接触可能な複数のコンタクトゾーンを有する整流子ディスクが更に設けられている。そして、静止した態様で配置され、かつ各コンタクトゾーンの領域にて整流子ディスクに対して軸方向に接触する複数のコンタクトエレメントを有するコンタクトエレメント装置が設けられている。当該公知の電動機では、周方向にて間隙によって互いに分離された３つの扇形コンタクトゾーンが設けられている。更に、当該公知の電動機では、複数のコンタクトゾーンの各々が、回転子側に配置された複数のコイルのうちの１つに電気接続されている。正極用及び負極用にそれぞれ２つのコンタクトエレメントが設けられ、当該複数のコイルへの電流供給は、これら複数のコンタクトエレメントを介して達成される。

西独国特許出願公開第２６５５２４９号明細書から、各々セグメントをなすようにリング状に配置された複数のコンタクトゾーンが設けられた整流子ディスクを備えた他の電動機が公知である。これら複数のコンタクトゾーンは、回転子側に配置された複数のコイルに割り当てられている。そして、これらのコンタクトゾーンを電動機の正極結線に、又は電動機の負極結線に電気接続するために、２つのコンタクトエレメントがコンタクトゾーンと相互作用する。

電動機は、ほとんど全ての技術分野において利用される。特に車両では、可動アクチュエータを調整する目的でも電動機が利用される。例えば、一般性を制限するものではないが、内燃エンジンの吸気システムにおいて外気流のスロットリング調整を目的とする、電動機を用いて調整可能な、アクチュエータとしてスロットルバルブを有するスロットル装置が挙げられる。更に、例えば内燃エンジンの燃焼室への外気流入を調整することを目的とする、少なくとも１つのフラップが電動機を用いて調整可能であるフラップ装置も考えられる。更に、電動機は、過給装置のタービンにも、好ましくは排気ターボチャージャの場合に、例えば排気ゲートバルブを作動させる目的で、又は可変タービンジオメトリを作動させる目的で利用され得る。

特に車両応用によれば、各電動機は、比較的大きい熱負荷に曝され得る。その結果、電動機の耐久力又は予想寿命が低減される。

熱負荷の増加は、各コイル装置にて全電気負荷が熱に変換され、その熱が高温環境にてあまり放散され得ない、特にリセットする力に抗して電動機がアクチュエータを保持しなければならない応用にて現実化する。

高い作動力又は作動トルクを実現するためには、電動機に複数の電気コイルを設けるのが実用的であり得る。この場合、整流が比較的に複雑となり、かなりの大きさのスペースと必要となり得る。

本発明は、特に簡素化された構成及び／又はコンパクトな設計を特徴とする、上記のようなタイプの電動機、又は車両部品に搭載されるタイプの電動機の、改良された実施形態を提示するという課題を取り扱う。加えて、電動機の寿命を延ばすことを目的とする。

本発明によれば、上記課題は、独立請求項の主題により解決される。有利な実施形態は、従属請求項の主題である。

本発明は、複数のコンタクトゾーンを各々環状に構成し、これらを個々のコンタクトエレメントに接触させるという一般的概念に基づく。ここで、複数のコンタクトゾーンのうちの１つは、環状の正極ゾーンとして構成される一方、これに関連するコンタクトエレメントは、電動機の正極結線に電気接続された正極コンタクトとして構成されている。したがって、整流子ディスクの正極ゾーンは、外部から、すなわち正極コンタクトにより、正極結線の正電位を受け得る。更に、複数のコンタクトゾーンのうちの１つは、環状の負極ゾーンとして構成される一方、これに関連するコンタクトエレメントは、電動機の負極結線に電気接続された負極コンタクトとして構成されている。これにより、このようにして整流子ディスク上に形成された負極ゾーンは、外部から、すなわち負極コンタクトを介して、負極結線の負電位を受け得る。更に、複数のコンタクトゾーンのうちの１つは、電動機の各コイルのために、周方向にて、複数の正極セグメントと複数の負極セグメントとに区分された環状の制御ゾーンとして構成されている。ここで、複数の正極セグメントは、正極ゾーンに電気接続される一方、複数の負極セグメントは、負極ゾーンに電気接続されている。各制御ゾーンに割り当てられたコンタクトエレメントは、各コイルに電気接続されたコイルコンタクトとして構成されている。整流子ディスクの回転に伴い、コイルコンタクトが正極セグメントの上と負極セグメントの上とを交互に通過する結果、複数のコイルの整流が達成される。ここで、明確な利点は、静止した複数のコンタクトエレメントを介して、負極結線と、正極結線と、更に複数のコイルとが同様に静止した態様で、すなわち固定子側に配置され得るように、各制御ゾーンの正極セグメント及び負極セグメントへの正電位又は負電位の供給が整流子ディスクの中で行われることにある。他方、このことにより、接触式整流子電動機の構成が簡素化される。これと同時に、個々のコイルの特に簡素な駆動又は整流が現実化する。複数のコイルを静止した態様で又は固定子側に配する可能性により、特に固定子からの熱放散の改善が可能になるので、電動機の熱管理もまた改善され得る。

固定子側における電動機の各コイルは、単一の巻線、又は実用的には周方向に分散配置された２つ以上の巻線からなり得る。

特に固定子上に固定された、静止した複数のコンタクトエレメントは、軸方向に予圧された各コンタクトゾーンに対して押圧され得る。そのために、複数のコンタクトエレメントは、全体がスプリングエレメントとして構成され、又はスプリングエレメントを用いて軸方向に駆動され得る。通常の態様によれば、複数のコンタクトエレメントは、可能な限り低摩擦で可動の又は回転するゾーンとの電気接触を生じることを目的として、ブラシ、又は他の滑り体、特にカーボン体からなり得る。

有利な実施形態によれば、各々環状の複数のコンタクトゾーンは、回転軸に対して異なる半径で同心状に配置されている。特に、複数のコンタクトゾーンは、周方向における完全な円周であり、すなわち閉じた環状に構成されている。このことは、少なくとも正極ゾーン及び負極ゾーンについて成り立つ。各制御ゾーンの場合、周方向にて次々に位置する複数のセグメントは、中断することにより、互いに対して電気的に絶縁され得る。異なる半径を採用することにより、複数のコンタクトエレメントの配置が簡素化される。

他の有利な実施形態によれば、各制御ゾーンにて、複数の正極セグメントと複数の負極セグメントとは、上記のように、互いに対して電気的に絶縁され得る。このようにして、整流子ディスクの内部での電気的な短絡が回避される。このように絶縁されたセグメントは、製作過程にて、実用的には、１つの環状導電性ゾーンを複数に渡って中断することにより形成され得る。すなわち、これらの中断により当該環状導電性ゾーンが区分されて、複数の正極セグメントと複数の負極セグメントとが形成されることとなる。

各コイルコンタクトがそれぞれ単一の制御ゾーンのみと相互作用するように、各コイルに対してそのような制御ゾーンが設けられた実施形態が好ましい。これにより、ここに導入した接触式整流の組み立て及び調整が簡素化される。特に、一様に組み立てられ得る個々のコンタクトエレメントを有するコンタクトユニットが、よりたやすく実現され得る。これにより、製作公差の管理が改善され得る。

これに代えて、少なくとも２つのそのようなコイルコンタクトが同じ制御ゾーンと相互作用するように、少なくとも１つのそのような制御ゾーンが少なくとも２つのコイルに割り当てられているという、対照的な実施形態も考え得る。これにより、コイルコンタクトの配置についての自由度が増す。

他の有利な実施形態によれば、整流子ディスクは、各正極セグメント及び各負極セグメントのために、各正極セグメントを正極ゾーンに、若しくは他の制御ゾーンの他の正極セグメントに電気接続し、又は、各負極セグメントを負極ゾーンに、若しくは他の制御ゾーンの他の負極セグメントに電気接続する連結網を有し得る。したがって、電気接続が、整流子ディスクの内部にて、一方では正極セグメントどうしの間若しくは正極セグメントと正極ゾーンとの間で、他方では負極セグメントどうしの間若しくは負極セグメントと負極ゾーンとの間で実現され得る。複数のコンタクトゾーンと同様に、連結網は、導電性の層を除去することにより、又は電気的なコーティングを形成することにより、基板体上に作られ得る。

少なくとも２つの制御ゾーンが設けられた実施形態が好ましい。これにより、個々のコイルは、個別に活性化され又は電流が供給され得て、より好ましい。実用上は、例えばコスト効果の高い構造を実現するために、複数の制御ゾーンのうちの１つのみにて、複数の正極セグメントは、連結網を介してそれぞれ正極ゾーンに電気接続される一方、他の１つの制御ゾーン（制御ゾーンの数が２の場合）又は他の２以上の制御ゾーン（制御ゾーンの数が３以上の場合）における複数の正極セグメントは、連結網を介してそれぞれ少なくとも１つの他の正極セグメントにのみ電気接続された構成が採用され得る。これに加えて、又はこれに代えて、複数の制御ゾーンのうちの１つのみにて、複数の負極セグメントは、連結網を介してそれぞれ負極ゾーンに電気接続される一方、他の１つの制御ゾーン（制御ゾーンの数が２の場合）又は他の２以上の制御ゾーン（制御ゾーンの数が３以上の場合）における複数の負極セグメントは、連結網を介してそれぞれ少なくとも１つの他の負極セグメントにのみ電気接続された構成が採用され得る。これにより、整流子ディスク上における連結網の実現が簡素化される。

少なくとも２つの制御ゾーンを有する場合には、複数の制御ゾーンのうちの１つのみにて、一方で、複数の正極セグメントは、連結網を介してそれぞれ正極ゾーンに電気接続され、他方で、複数の負極セグメントは、連結網を介してそれぞれ負極ゾーンに電気接続されているときに、特に簡素な構造が得られる。他の１つの制御ゾーン（制御ゾーンの数が２の場合）又は他の２以上の制御ゾーン（制御ゾーンの数が３以上の場合）における複数の正極セグメントは、対照的に連結網を介してそれぞれ少なくとも１つの他の正極セグメントにのみ電気接続される一方、他の１つの制御ゾーン又は他の２以上の制御ゾーンにおける複数の負極セグメントは、連結網を介してそれぞれ少なくとも１つの他の負極セグメントにのみ電気接続されている。

整流子ディスクが軸方向の２つの側、すなわち軸方向の表側と、軸方向の裏側とを有し、表側にて又は裏側にて、複数のコンタクトゾーンの全てが互いに対して同心状に配置されている場合には、整流子ディスクの製作可能性に関して、更なる簡素化が達成される。好ましくは、軸方向の各側における負極ゾーン及び正極ゾーンは、半径方向にて、少なくとも２つの制御ゾーンの内側又は外側に配置されている。この場合、全ての制御ゾーンが互いに直接的に隣接するので、コンパクトな構造が可能になる。

特に有利な更なる発展によれば、軸方向の一方の側における正極ゾーンは、半径方向にて、負極ゾーンと半径方向に隣接又は近接する制御ゾーンとの間に配置され、かつ、軸方向の同じ側において、連結網を介して当該制御ゾーンの複数の正極セグメントに電気接続される一方、当該制御ゾーンの複数の負極セグメントは、少なくとも正極ゾーンの領域では軸方向の他方の側に配置された連結網を介して負極ゾーンに電気接続されている構成も、あり得る。これに代えて、軸方向の一方の側における負極ゾーンは、半径方向にて、正極ゾーンと半径方向に隣接する制御ゾーンとの間に配置され、かつ、軸方向の同じ側において、連結網を介して当該制御ゾーンの複数の負極セグメントに電気接続される一方、当該制御ゾーンの複数の正極セグメントは、少なくとも負極ゾーンの領域では軸方向の他方の側に配置された連結網を介して正極ゾーンに電気接続されている構成も、同様にあり得る。いずれの場合でも、整流子ディスクのコスト効果の高い実現が簡素化される。

有利な実施形態によれば、整流子ディスクは、その上に複数のコンタクトゾーン及び／又は前述の連結網が導電層の除去により形成される、特に電気回路基板の態様の基板体を有し得る。導電性の層又はコーティングの除去は、例えばエッチング、フライス加工、レーザー加工などにより行われ得る。通常の態様によれば、複数のコンタクトゾーン又は連結網が残されるように、必要でない導電性の層又はコーティングの領域が除去される。スクリーン印刷法などにより、基板体に複数のコンタクトゾーンを付けることも、同様に考えられる。

整流子ディスクは、軸方向にて表側と裏側とを有するように、実質的に平坦、かつ回転軸に対して垂直に伸びる。

有利な実施形態によれば、複数のコンタクトゾーンの全てが、整流子ディスクの表側に又は裏側に配置され得る。これにより、整流子ディスクの製作が簡素化される。これに代えて、表側及び裏側の双方に、それぞれ少なくとも１つのコンタクトゾーンを形成した構成もあり得る。少なくとも１つの制御ゾーン又は全ての制御ゾーンが表側に配置される一方、負極ゾーン及び正極ゾーンが裏側に配置されている実施形態は、有利である。これにより、一方で負極セグメントと負極ゾーンとの電気接触が、他方で正極セグメントと正極ゾーンとの電気接触が、それぞれ簡素化され得る。

他の実施形態によれば、複数のコンタクトエレメントの全てが、回転軸に関して同じ側にて互いに隣接するように配置され得る。これにより、特に、複数のコンタクトエレメントの全てが互いに隣接配置され、かつ整流子ディスクに一体として接触するように配置され得るコンタクトユニットが、実現され得る。

これに代えて、各コイルコンタクトを、回転軸に関して、負極コンタクト及び正極コンタクトとは反対側に位置するように配置した構成も、同様に可能である。これにより、特に、整流子ディスクへのモーメントの印加を低減するために、個々のコンタクトエレメントが整流子ディスクに対して押圧されるその軸方向の予圧を、概ね相殺することが可能である。

他の有利な実施形態によれば、整流子ディスクは、その裏側が、回転子の軸方向の端面に接触して配置される一方、複数のコンタクトゾーンの全てが、整流子ディスクの表側に設けられ得る。このように整流子ディスクを回転子と一体化することにより、比較的容易に実現され得る、極めてコンパクトな設計が得られる。

これに代えて、整流子ディスクを、軸方向にて自立した態様で回転子の回転子軸の上に配置することも、同様に可能である。これにより、接触式整流子の軸方向の位置が、残余の回転子から概ね独立したものとなるので、特に複数のコンタクトエレメントの配置が簡略化され得る。

特に有利な実施形態によれば、固定子は外側に位置する外固定子として構成される一方、回転子は内側に位置する内回転子として構成されている。これによれば、特に整流子ディスクが、したがって接触式整流子の全体が比較的小さい構造となり、コンパクトな設計がサポートされる。

他の有利な実施形態によれば、回転子に又は固定子に配置された少なくとも１つの永久磁石からなるマグネット装置が、電動機に設けられる。回転子に、好ましくは内回転子に少なくとも１つの永久磁石が配置される一方、固定子に、好ましくは外固定子に少なくとも１つのコイルが配置されている実施形態が好ましい。これにより、外側に、すなわち外固定子に複数のコイルが配置される結果、その中で発生する熱が特に簡素な態様で放散され得る構成が実現する。そのような複数のコイルの外側への配置は、ここで導入した複数の制御ゾーンと、整流子ディスク上の正極ゾーン及び負極ゾーンとによって簡素化される。なぜなら、複数のコンタクトエレメントを介した接続の全てが、外側に向かって、すなわち固定子に向かって配置され得るからである。

本発明による車両部品は、少なくとも１つのアクチュエータと、当該アクチュエータの各々に駆動接続された、上記したタイプの電動機とにより特徴付けられる。好ましくは、車両部品は、吸気システムのスロットル装置、又は、吸気システムのフラップ装置である。同様に、車両部品はタービン又は排気ターボチャージャであり、各アクチュエータは可変タービンジオメトリ又は排気ゲートバルブであり得る。排気再循環速度の調整を目的として、そのような電動機を用いて排気再循環バルブを作動させることも考えられる。

本発明の他の重要な特徴及び利点は、従属請求項から、図面から、そして図面に関連した説明から得られる。

上述の、また以下で説明する特徴は、本発明の範囲を逸脱しない限り、言及した各組み合わせだけでなく、他の組み合わせでも、又は単独でも利用され得るものと理解されるべきである。

本発明の好ましい例示的な実施形態が図面に示され、かつ以下の記述で詳細に説明される。ここで、同一の参照符号は、同一の、又は類似の、又は機能的に同一の要素に関連するものである。

複数の車両部品を有する内燃エンジンの概略回路図である。 好ましい実施形態に係る電動機の概略断面図である。 電動機の整流子ディスクを軸方向に見た概略外形図である。 １つの実施形態に係る電動機の、整流子ディスクの領域における概略断面図である。 他の実施形態に係る電動機の、整流子ディスクの領域における概略断面図である。 更に他の実施形態に係る電動機の、整流子ディスクの領域における概略断面図である。 当該電動機の整流ダイアグラムである。

図１によれば、車両に好適に配置された内燃エンジン１は、複数の燃焼室３を有するエンジンブロック２と、燃焼室３に外気を供給するための吸気システム４と、燃焼室３から排気を排出するための排気システム５とを備える。エンジンブロック２には、フラップ装置６が配置され得る。作動させられ又は調整され得る複数のフラップ７の各々が、電動機８を用いて作動させられる。例示した吸気システム４はスロットル装置９を更に有し、そのスロットルバルブ１０は他の電動機８を用いて調整され得る。

この場合の内燃エンジン１は、過給内燃エンジン１として更に構成されている。例示では、その目的で、吸気システム４に導入されたコンプレッサ１２と、排気システム５に導入されたタービン１３とを備え、これらが共通の駆動軸１４を介して互いに結合されてなる排気ターボチャージャ１１が、内燃エンジン１に設けられている。タービン１３には、これを用いてタービン１３の不図示のタービンホイールに対する排気の流入方向及び流入速度が変更され得る、可変タービンジオメトリ１５が設けられ得る。可変タービンジオメトリ１５を作動させるためにも、電動機８が設けられ得る。この場合のタービン１３には、これを用いてタービンホイールを迂回するバイパス１７が制御され得る排気ゲートバルブ１６が更に設けられる。排気ゲートバルブ１６を作動させるためにも、電動機８が設けられ得る。通常は、可変タービンジオメトリ１５と排気ゲートバルブ１６とはいずれか一方のみが採用されるが、実用上は併用も考えられる。

図２によれば、電動機８は、内回転子電動機として構成され得て、したがって外側に位置する固定子１８と、内側に位置する回転子１９とを備える。回転子１９は、固定子１８に対して回転軸Ｒの周りに回転可能に取り付けられ、かつ当該回転子上に少なくとも１つの永久磁石２１からなるマグネット装置２０が固定の態様で配置されている。固定子１８には、少なくとも１つの電気的なコイル２３からなるコイル装置２２が設けられている。好ましくは、電動機８は直流モータである。図２〜図７の例によれば、コイル装置２２は、各々Ｌ_１，Ｌ_２及びＬ_３でも指定される、全部で３つの電気的なコイル２３からなる。図２の例によれば、コイルＬ_１，Ｌ_２，Ｌ_３の各々は、適切な接続配線２５を介して適切な態様で互いに接続された２つの巻線２４によってそれぞれ形成されている。

複数のコイル２３の整流を目的として、ここで説明する電動機８には、図３〜図６に示された整流子ディスク２６が設けられている。整流子ディスク２６は、回転子１９とともに回転できるように当該回転子に対して固定の態様で接続されており、当該回転子と同じく電動機８の運転中に回転軸Ｒの周りに回転する。実用上は、整流子ディスク２６は、一様かつ平坦な形状を有し、回転軸Ｒに対して垂直に伸びる。

図３〜図６によれば、整流子ディスク２６は、各々軸方向に接触可能な複数のコンタクトゾーン２７を有する。この場合の複数のコンタクトゾーン２７は、導電性材料にて形成されている。図３によれば、複数のコンタクトゾーン２７に電気接触できるように、静止した態様で好ましくは固定子１８に配置され、かつ複数のコンタクトエレメント２９を有するコンタクトエレメント装置２８が設けられている。ここで、複数のコンタクトエレメント２９は、各々複数のコンタクトゾーン２７のうちの対応する領域にて、整流子ディスク２６に対して軸方向に接触するように配置されている。ここで、例示では、各コンタクトゾーン２７が正確に１つのコンタクトエレメント２９に割り当てられるように、各コンタクトゾーン２７に対して正確に１つのコンタクトエレメント２９が設けられている。つまり、各々１つの電気接続を成立させるために、各コンタクトエレメント２９は、これに関連するコンタクトゾーン２７に対して排他的に接触する。原理的には、複数のコンタクトエレメントが同一のコンタクトゾーン２７に相互作用する実施形態も考えられる。

図３によれば、複数のコンタクトゾーン２７が、それぞれ環状に構成されており、回転軸Ｒに対して同心状に配置され、かつ回転軸Ｒに対して異なる半径で存在している。複数のコンタクトゾーン２７のうちの１つ、この場合には半径方向にて最も内側に位置するコンタクトゾーン２７は、環状の負極ゾーン３０として構成されている。それは、図３では両矢印で表示され、かつ符号３３が付けられた周方向にて、中断することなく伸びている。これに関連するコンタクトエレメント２９は、電動機８の負極結線３２に電気接続された負極コンタクト３１として構成されている。電動機８の運転中は、これにより負極ゾーン３０に負電位が印加される。他のコンタクトゾーン２７、ここでは負極ゾーン３０に対して半径方向にて外側に隣接するコンタクトゾーン２７は、環状の正極ゾーン３２として構成されている。それもまた、周方向３３にて中断することなく伸びている。正極ゾーン３２に対応するコンタクトエレメント２９は、正極コンタクト３４として構成され、かつ電動機８の正極結線３５に電気接続されている。電動機８の運転中は、これにより正極ゾーン３２に正電位が印加される。残余の複数のコンタクトゾーン２７は、それぞれ環状の制御ゾーン３６として構成され、かつ半径方向にて負極ゾーン３０及び正極ゾーン３２の外側にそれぞれ配置されている。図示の好ましい例では、各コイル２３に対して個別の制御ゾーン３６が設けられている。したがって、ここでは正確に３つの制御ゾーン３６が設けられている。各制御ゾーン３６は、コイルコンタクト３７として構成されたコンタクトエレメント２９に割り当てられており、各コイルコンタクト３７は、図３では符号Ｌ_１，Ｌ_２及びＬ_３により表示されている複数のコイル２３のうちの正確に１つに電気接続されている。したがって、正極ゾーン３２に対して半径方向外側にて直接的に隣接するように近接した又は内側の制御ゾーン３６は、例えば第１のコイルＬ_１に割り当てられている。半径方向にてこれに隣接する中央の制御ゾーン３６は、第２のコイルＬ_２に割り当てられている。その外側に位置する、遠い又は外側の制御ゾーン３６は、第３のコイルＬ_３に割り当てられている。

原理的には、２つ以上のコイルコンタクト３７が１つの同一制御ゾーン３６と相互作用して、タップオフ点又は接触点が周方向３３にて互いに対して適切な位置に配置されるように、コイルコンタクト３７の数よりも制御ゾーン３６の数の方が少ないという実施形態も可能である。

各制御ゾーン３６は、周方向３３にて正極セグメント３８と負極セグメント３９とが交互に位置するという態様で周方向３３に区分されている。複数の正極セグメント３８は、正極ゾーン３２に電気接続されている。複数の負極セグメント３９は、負極ゾーン３０に電気接続されている。各制御ゾーン３６の中で、複数の負極セグメント３９と複数の正極セグメント３８とは、互いに対して電気的に絶縁されている。そのような絶縁は、例えば、各制御ゾーン３６の中断により実現され得る。

整流子ディスク２６は、各正極セグメント３８のための正極連結網４０と、各負極セグメント３９のための負極連結網４１とを有する。第１のコイルＬ_１に割り当てられ、以下の説明で第１の制御ゾーン３６とも呼ばれる、半径方向にて内側に配置された制御ゾーン３６の場合には、複数の正極セグメント３８は、正極連結網４０を介してそれぞれ正極ゾーン３２に電気接続されている。第２のコイルＬ_２に割り当てられ、以下の説明で第２の制御ゾーン３６とも指定される、中央の制御ゾーン３６の場合には、複数の正極セグメント３８は、正極連結網４０を介して第１の制御ゾーン３６の複数の正極セグメント３８に電気接続され、結局は正極ゾーン３２にも電気接続されている。第３のコイルＬ_３に割り当てられ、したがって以下の説明で第３の制御ゾーン３６とも指定される、外側に配置された制御ゾーン３６の場合には、複数の正極セグメント３８は、正極連結網４０を介して第２の制御ゾーン３６の複数の正極セグメント３８に電気接続され、その結果、結局は正極ゾーン３２にも電気接続されている。これと同様に、第１の制御ゾーン３６の複数の負極セグメント３９は、負極連結網４１を介して負極ゾーン３０に電気接続されている。これに関連する負極連結網４１は、これらの負極連結網４１が観察者から見て遠い側、すなわち整流子ディスク２６の裏側（４３）に位置することを表示するために、図３では破線で示されている。その他の連結網４０，４１は全て、観察者に面する側、すなわち整流子ディスク２６の表側（４２）に位置している。裏側の負極連結網４１は、整流子ディスク２６の本体を通して、負極ゾーン３０又は各負極セグメント３９に電気接続され得る。第２の制御ゾーン３６の複数の負極セグメント３９は、負極連結網４１を介して第１の制御ゾーン３６の複数の負極セグメント３９に電気接続されている。第３の制御ゾーン３６の複数の負極セグメント３９は、負極連結網４１を介して第２の制御ゾーン３６の複数の負極セグメント３９に電気接続されている。

整流子ディスク２６は、例えば、複数のコンタクトゾーン２７と連結網４０，４１とが印刷され、又は、複数のコンタクトゾーン２７と連結網４０，４１とが、例えばエッチング、フライス加工、レーザー加工などのような除去により形成されるように、例えばアルミニウム若しくは銅からなる導電性コーティングを有する、電子回路基板の態様の基板体を有し得る。したがって、ここに導入された整流子ディスク２６は、特に高いコスト効果を以て、多量に製作することが可能である。

特に図４〜図６から明らかなように、整流子ディスク２６は、回転軸Ｒにより定義される軸方向にて、表側４２と裏側４３とを有する。図３〜図５の例によれば、複数のコンタクトゾーン２７の全てを表側４２に配置するのが、実用的であり得る。これに代えて、図６のように、複数のコンタクトゾーン２７を表側４２と裏側４３との双方に配置することも可能である。断面図である図４〜図６では、複数のコンタクトゾーン２７の各々が、短い線で表示されている。これらに相互作用する複数のコンタクトエレメント２９は、三角記号で表示されている。個々のコンタクトエレメント２９の割り当ては、個々のコイル２３がＬ_１〜Ｌ_３で、正極結線３５が正の符号「＋」で、負極結線３２が負の符号「−」で、それぞれ表示されている。

複数のコンタクトゾーン２７が図６に示すように整流子ディスク２６上の両側に配置されている場合には、ここに示すような、３つの制御ゾーン３６が表側４２に配置される一方、負極ゾーン３０と正極ゾーン３２とが裏側４３に配置された実施形態が好ましい。

図３、図４及び図６の実施形態の場合には、複数のコンタクトエレメント２９の全てが、回転軸Ｒに関して、同じ側にて互いに隣接するように配置されている。これらの例では、複数のコンタクトエレメント２９の各々が、回転軸Ｒの上方に配置されている。これとは対照的に、図５は、いくつかのコンタクトエレメント２９が回転軸Ｒの上方に、いくつかのコンタクトエレメント２９が回転軸Ｒの下方にそれぞれ配置された実施形態を示している。実用上は、これらは互いに反対側に、特に直径に沿って互いに反対側に配置されている。

図４及び図５に示された実施形態の場合、整流子ディスク２６は、その裏側４３が回転子１９の軸方向の端面４４に直接接触して配置される。この場合には、複数のコンタクトゾーン２９の全てが表側４２に配置される。これとは対照的に、図６は、整流子ディスク２６が軸方向にて自立した態様で回転子１９の回転子軸４５の上に配置された実施形態を示している。

各々所望の整流を実現するために、複数の正極セグメント３８と複数の負極セグメント３９とは、周方向にて、個々の制御ゾーン３６の中で適切な寸法が与えられている。ここで、半径方向にて隣接する制御ゾーン３６のセグメント３８，３９は、更に、図３の例にて示された複数のコイルコンタクト３７が複数のコンタクトゾーン２７と円周上の同一位置で接触する態様にて、周方向３３にて互いに対して相応にずれて配置されている。図３では、これらの接触位置が、回転軸Ｒを通る一直線上にある。複数のコイルコンタクト３７の接触位置を、基本的に好ましい周方向３３にて分散させることも同様に可能であるが、個々の制御ゾーン３６のセグメント３８，３９の配置がこれに整合していなければならない。特に、複数の制御ゾーン３６にて一方で複数の正極セグメント３８が、他方で複数の負極セグメント３９が、それぞれ半径方向にて互いに並ぶように、複数のコイルコンタクト３７は、接触位置に関して周方向３３にて特に分散させられることも可能である。そのような配置の場合には、制御ゾーンの数が低減され得るように、２つ以上のコイルコンタクト３７を単一の制御ゾーン３６に割り当てることも可能である。極端な場合には、単一の制御ゾーン３６でも十分であり得る。この場合には、周方向３３にて適切に分散配置された複数のコイルコンタクト３７の全てが、当該単一の制御ゾーンと接触する。

図７に再現された整流ダイアグラムは、電動機８の各々の所望の整流から得られる。図７の整流ダイアグラムによれば、回転軸Ｒの周りの、回転子１９又は整流子ディスク２６の回転の角度範囲は、上段セクションＡに反映されている。中段セクションＢでは、個々の制御ゾーン３６が展開形で示されている。これに関連して、正極セグメント３８は正の符号“＋”を有する。また、負極セグメント３９は負の符号“−”を有する。互いに対して異なる極性又は異なる電位を持つ隣接セグメント３８，３９を電気的に絶縁するために、２つの隣接セグメント３８，３９の間に、異極間の絶縁部４６が設けられていることに、注目すべきである。矢印４７は、コンタクトエレメント装置２８の静止位置を表示している。図７に再現された寸描によれば、第１のコイルＬ_１に接続された第１のコイルコンタクト３７は、正極セグメント３８に接触している。これに対して、第２のコイルＬ_２に接続された第２のコイルコンタクト３７は、絶縁部４６に接触している。最後に、第３のコイルＬ_３に接続された第３のコイルコンタクト３７は、負極セグメント３９に接触している。

下段セクションＣでは、個々のコイルＬ_１，Ｌ_２及びＬ_３のための整流の実現が再現されている。コイルＬ_１〜Ｌ_３の内部で回転する磁界が整流子ディスク２６の０°から３６０°までの回転運動から得られることは、明らかである。図７の寸描によれば、第３のコイルＬ_３に負電位が印加される一方、第１のコイルＬ_１に正電位が印加されるように、コイルＬ_１，Ｌ_２及びＬ_３が整流される。第２のコイルＬ_２はスイッチオフされている。

Claims (18)

1. 静止した固定子（１８）、及び回転軸（Ｒ）の周りに回転可能に配置された回転子（１９）と、
   前記固定子（１８）又は前記回転子（１９）に配置された少なくとも１つの電気的なコイル（２３）からなるコイル装置（２２）と、
   前記回転子（１９）とともに回転できるように当該回転子に対して固定の態様で接続され、かつ各々軸方向に接触可能な複数のコンタクトゾーン（２７）を有する整流子ディスク（２６）と、
   静止した態様で配置され、かつ各々前記複数のコンタクトゾーン（２７）のうちの対応する領域にて前記整流子ディスク（２６）に対して軸方向に接触する複数のコンタクトエレメント（２９）を有するコンタクトエレメント装置（２８）とを備えた電動機であって、
   前記複数のコンタクトゾーン（２７）のうちの１つは、環状の正極ゾーン（３２）として構成され、
   前記複数のコンタクトエレメント（２９）のうちの１つは、前記正極ゾーン（３２）と接触し、かつ前記電動機（８）の正極結線（３５）に電気接続された正極コンタクト（３４）として構成され、
   前記複数のコンタクトゾーン（２７）のうちの１つは、環状の負極ゾーン（３０）として構成され、
   前記複数のコンタクトエレメント（２９）のうちの１つは、前記負極ゾーン（３０）と接触し、かつ前記電動機（８）の負極結線（３２）に電気接続された負極コンタクト（３１）として構成され、
   前記複数のコンタクトゾーン（２７）のうちの少なくとも１つは、周方向（３３）にて、前記正極ゾーン（３２）に電気接続された複数の正極セグメント（３８）と、前記負極ゾーン（３０）に電気接続された複数の負極セグメント（３９）とに区分された環状の制御ゾーン（３６）として構成され、
   前記各コイル（２３）に対して、前記複数のコンタクトエレメント（２９）のうちの１つが、前記各制御ゾーン（３６）と接触し、かつ当該コイル（２３）に電気接続されたコイルコンタクト（３７）として構成されていることを特徴とする電動機。
2. 請求項１記載の電動機において、
   各々環状の前記複数のコンタクトゾーン（２７）は、前記回転軸（Ｒ）に対して異なる半径で同心状に配置されていることを特徴とする電動機。
3. 請求項１又は２に記載の電動機において、
   前記各制御ゾーン（３６）にて、前記複数の正極セグメント（３８）と前記複数の負極セグメント（３９）とは、互いに対して電気的に絶縁されていることを特徴とする電動機。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動機において、
   前記各コイルコンタクト（３７）がそれぞれ単一の制御ゾーン（３６）のみと相互作用するように、前記各コイル（２３）に対して前記各制御ゾーン（３６）が設けられていることを特徴とする電動機。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動機において、
   前記各コイルコンタクト（３７）のうちの少なくとも２つが前記各制御ゾーン（３６）のうちの同じ制御ゾーンと相互作用するように、前記各制御ゾーン（３６）のうちの少なくとも１つは、前記各コイル（２３）のうちの少なくとも２つに割り当てられていることを特徴とする電動機。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動機において、
   前記整流子ディスク（２６）は、前記各正極セグメント（３８）及び前記各負極セグメント（３９）のために、前記各正極セグメント（３８）を前記正極ゾーン（３２）に、若しくは他の制御ゾーン（３６）の他の正極セグメント（３８）に電気接続し、又は、前記各負極セグメント（３９）を前記負極ゾーン（３０）に、若しくは他の制御ゾーン（３６）の他の負極セグメント（３９）に電気接続する連結網（４０，４１）を有することを特徴とする電動機。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の電動機において、
   少なくとも２つの制御ゾーン（３６）が設けられ、
   前記少なくとも２つの制御ゾーン（３６）のうちの１つのみにて、前記複数の正極セグメント（３８）は、連結網（４０）を介してそれぞれ前記正極ゾーン（３２）に電気接続され、
   前記少なくとも２つの制御ゾーン（３６）のうちの他の１つ以上の制御ゾーンにおける前記複数の正極セグメント（３８）は、連結網（４０）を介してそれぞれ少なくとも１つの他の正極セグメント（３８）にのみ電気接続されていることを特徴とする電動機。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の電動機において、
   少なくとも２つの制御ゾーン（３６）が設けられ、
   前記少なくとも２つの制御ゾーン（３６）のうちの１つのみにて、前記複数の負極セグメント（３９）は、連結網（４１）を介してそれぞれ前記負極ゾーン（３０）に電気接続され、
   前記少なくとも２つの制御ゾーン（３６）のうちの他の１つ以上の制御ゾーンにおける前記複数の負極セグメント（３９）は、連結網（４１）を介してそれぞれ少なくとも１つの他の負極セグメント（３９）にのみ電気接続されていることを特徴とする電動機。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の電動機において、
   少なくとも２つの制御ゾーン（３６）が設けられ、
   前記少なくとも２つの制御ゾーン（３６）のうちの１つのみにて、一方で、前記複数の正極セグメント（３８）は、連結網（４０）を介してそれぞれ前記正極ゾーン（３２）に電気接続され、他方で、前記複数の負極セグメント（３９）は、連結網（４１）を介してそれぞれ前記負極ゾーン（３０）に電気接続され、
   前記少なくとも２つの制御ゾーン（３６）のうちの他の１つ以上の制御ゾーンにおける前記複数の正極セグメント（３８）は、連結網（４０）を介してそれぞれ少なくとも１つの他の正極セグメント（３８）にのみ電気接続され、
   前記少なくとも２つの制御ゾーン（３６）のうちの他の１つ以上の制御ゾーンにおける前記複数の負極セグメント（３９）は、連結網（４１）を介してそれぞれ少なくとも１つの他の負極セグメント（３９）にのみ電気接続されていることを特徴とする電動機。
10. 請求項９記載の電動機において、
    前記整流子ディスク（２６）は、軸方向の２つの側、すなわち軸方向の表側（４２）と、軸方向の裏側（４３）とを有し、前記表側（４２）にて又は前記裏側（４３）にて、前記複数のコンタクトゾーン（２７）の全てが互いに対して同心状に配置され、
    軸方向の前記各側（４２，４３）における前記負極ゾーン（３０）及び前記正極ゾーン（３２）は、半径方向にて、前記少なくとも２つの制御ゾーン（３６）の内側又は外側に配置されていることを特徴とする電動機。
11. 請求項１０記載の電動機において、
    軸方向の前記２つの側（４２，４３）のうちの一方における前記正極ゾーン（３２）は、半径方向にて、前記負極ゾーン（３０）と半径方向に隣接する前記制御ゾーン（３６）との間に配置され、かつ、軸方向の同じ側（４２，４３）において、連結網（４０）を介して当該制御ゾーン（３６）の前記複数の正極セグメント（３８）に電気接続される一方、当該制御ゾーン（３６）の前記複数の負極セグメント（３９）は、少なくとも前記正極ゾーン（３２）の領域では軸方向の前記２つの側（４２，４３）のうちの他方に配置された連結網（４１）を介して前記負極ゾーン（３０）に電気接続され、又は、
    軸方向の前記２つの側（４２，４３）のうちの一方における前記負極ゾーン（３０）は、半径方向にて、前記正極ゾーン（３２）と半径方向に隣接する前記制御ゾーン（３６）との間に配置され、かつ、軸方向の同じ側（４２，４３）において、連結網（４１）を介して当該制御ゾーン（３６）の前記複数の負極セグメント（３９）に電気接続される一方、当該制御ゾーン（３６）の前記複数の正極セグメント（３８）は、少なくとも前記負極ゾーン（３０）の領域では軸方向の前記２つの側（４２，４３）のうちの他方に配置された連結網（４０）を介して前記正極ゾーン（３２）に電気接続されていることを特徴とする電動機。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電動機において、
    前記整流子ディスク（２６）は、その上に前記複数のコンタクトゾーン（２７）及び／又は前記連結網（４０，４１）が、例えばエッチング、フライス加工、又はレーザー加工のような除去により形成される基板体を有することを特徴とする電動機。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電動機において、
    前記整流子ディスク（２６）は、軸方向にて、表側（４２）と裏側（４３）とを有し、前記複数のコンタクトゾーン（２７）の全てが前記表側（４２）に若しくは前記裏側（２３）に配置され、又は、
    前記整流子ディスク（２６）は、軸方向にて、表側（４２）と裏側（４３）とを有し、前記各制御ゾーン（３６）は前記表側（４２）に配置される一方、前記負極ゾーン（３０）及び前記正極ゾーン（３２）は前記裏側（４３）に配置されていることを特徴とする電動機。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電動機において、
    前記複数のコンタクトエレメント（２９）の全てが、前記回転軸（Ｒ）に関して同じ側にて互いに隣接するように配置され、又は、
    前記各コイルコンタクト（３７）が、前記回転軸（Ｒ）に関して、前記負極コンタクト（３１）及び前記正極コンタクト（３４）とは反対側に位置するように配置されていることを特徴とする電動機。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の電動機において、
    前記整流子ディスク（２６）は、軸方向にて、表側（４２）と裏側（４３）とを有し、その裏側（４３）が、前記回転子（１９）の軸方向の端面（４４）に接触して配置される一方、前記複数のコンタクトゾーン（２７）の全てが前記表側（４２）に配置され、又は、
    前記整流子ディスク（２６）は、軸方向にて自立した態様で前記回転子（１９）の回転子軸（４５）の上に配置されていることを特徴とする電動機。
16. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の電動機において、
    前記固定子（１８）は外側に位置する外固定子として構成される一方、前記回転子（１９）は内側に位置する内回転子として構成されたことを特徴とする電動機。
17. 請求項１〜１６のいずれか１項に記載の電動機において、
    前記回転子（１９）に又は前記固定子（１８）に配置された少なくとも１つの永久磁石（２１）からなるマグネット装置（２０）が設けられたことを特徴とする電動機。
18. 少なくとも１つのアクチュエータ（７；１０；１５；１６）と、前記少なくとも１つのアクチュエータ（７；１０；１５；１６）に駆動接続された請求項１〜１７のいずれか１項に記載の電動機（８）とを備えた車両部品。