JP5578755B2

JP5578755B2 - 電気機器

Info

Publication number: JP5578755B2
Application number: JP2007061966A
Authority: JP
Inventors: ヴァイゴルトトーマス; ロースゲラルト; アルブレヒトミヒャエル; ザウムアンドレアス; ヘルプストユルゲン
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-03-14
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2027-03-12
Also published as: FR2918515A1; JP2007252187A; DE102006011550A1; US20070216255A1; KR20070093887A; KR101016570B1

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載された電気機器、すなわち、電機子コイルを収容するための電機子スロットを有する電機子と、整流子片を有する整流子片と、第１のハンマーブラシおよび第２のハンマーブラシとを備えており、該第１のハンマーブラシおよび第２のハンマーブラシはそれぞればねレバーによって該整流子に摺動可能に設けられている形式の電気機器に関し、とりわけ直流機器に関する。

従来技術、たとえばＷＯ００／０３６７２９Ａから、電気機器の整流子ブラシをハンマーブラシとして形成することが公知である。ハンマーブラシにはばねレバーが設けられており、これは整流子まで緊張されている。ここでは、一方のレバー端部はたとえばブラシホルダの支持部に固定されており、他方のレバー端部は、整流子に設けられた炭素ブラシを支持する。

ハンマーブラシを使用する場合、寿命にわたるブラシの摩擦によって、整流子に設けられたブラシの接点が相互にずれてしまうという問題が生じる。このことにより、両ブラシの整流時点が変化し、両ブラシは同時に整流しなくなってしまう。ここで半径方向力が生成され、これによってモータ雑音が大きくなってしまう。
ＷＯ００／０３６７２９Ａ

本発明の課題は、ハンマーブラシを使用する電気機器を改善することである。

前記課題は、少なくとも１つの電機子コイルが２つの部分コイルから構成され、該２つの部分コイルは電機子の回転軸を対称軸として相互に対称的に配置されており、該部分コイルは該整流子の２つの隣接する整流子片に接続されていることを特徴とする電気機器によって解決される。

請求項１の特徴を有する本発明による電気機器は、
電機子コイルを収容するための電機子スロット（２４）を有する電機子（２０）と、整流子片（１１）を有する整流子（１０）と、第１のハンマーブラシおよび第２のハンマーブラシ（１４）とを備えた電気機器であって、
該第１のハンマーブラシおよび第２のハンマーブラシ（１４）はそれぞればねレバー（１５）によって、該整流子（１０）に摺動可能にかつ前記整流子片（１１）に当接する方向に設けられている形式のものにおいて、
前記ばねレバー（１５）は、前記第１のハンマーブラシおよび第２のハンマーブラシ（１４）が前記整流子片（１１）に当接する方向に対して交差する方向かつ前記電機子（２０）の回転軸（２１）に対して交差する方向に延在し、
少なくとも１つの電機子コイルが２つの部分コイル（２５，２６）から構成され、
該２つの部分コイル（２５，２６）は、前記回転軸（２１）を対称軸として、相互に対称的に配置されており、
該部分コイル（２５，２６）は、該整流子（１０）の２つの隣接する整流子片（１１）に接続されており、
前記第１のハンマーブラシおよび第２のハンマーブラシ（１４）は、前記整流子（１０）の回転時にその都度隣接する前記整流子片（１１）に重なるように、そのブラシ幅が選択されており、
両部分コイル（２５，２６）は逆の巻回方向で巻回されている、
電気機器
である。
請求項１の特徴を有する本発明による電気機器は、対称的な巻線によって、ブラシの摩擦に起因する整流子のブラシの接点のずれによって引き起こされる半径方向力が補償されるという利点を有する。このことは、短絡電流が対称的な巻線の２つの部分コイルに、同時に等しい強度で生じることにより、各部分コイルの半径方向力が相互に補償されることにより、電機子に作用する半径方向力が生じなくなることによって実現される。このことにより、モータの動きのスムースさが格段に向上される。

本発明では、少なくとも１つの電機子コイルは、電機子の回転軸を対称軸として相互に対称的に配置された２つの部分コイルから構成され、これらの部分コイルは、整流子の２つの隣接する整流子片に接続されている。換言すると電機子コイルは、そのつど２つの部分コイルが、電機子の回転軸を対称軸として相互に対称的に配置される。相互に対称的に配置された両部分コイルは、整流子の２つの隣接する整流子片に接続されている。

両部分コイルは本発明では、該部分コイルの通電時に、磁界内で半径方向力が電機子に対して実質的に作用しないように、相互に対称的に配置される。両部分コイルは、たとえば隣接する整流子片に接続されることによって、同時に整流可能にされる。発生する半径方向力は、両部分コイルが幾何的に相互に実質的に平行に、かつ電機子の回転軸に対して等しい間隔で配置されることによって、特に良好に補償される。さらに、両部分コイルの巻数を等しくすることによっても、半径方向力を特に良好に補償することができる。半径方向力はさらに、両部分コイルが相互に逆の巻回方向で巻回されることによって、特に良好に補償される。これはとりわけ、２極の電気的な巻線である。

両部分コイルは、電気的に相互に直列接続または並列接続することができる。直列接続の場合、両部分コイルは、隣接する整流子片に接続された２つの端部を有する。それに対して並列接続では、両部分コイルはそれぞれ、部分コイルの各端部が隣接する整流子片に接続されている２つの端部を有する。

有利な実施形態では、整流子の整流子片は偶数である。さらに有利には、整流子片の数は電機子スロットの数に等しい。

本発明による電気機器は少なくとも２つのハンマーブラシを有し、このハンマーブラシはばねレバーによって、整流子に摺動可能に設けられている。ここでは、両ハンマーブラシは相互に反対側に位置する。整流で可能な限り均質な電流の流れを保証するためには、ブラシが整流子の回転時にそのつど２つの隣接する整流子片に重なることによって、これらを短絡するように、ブラシ幅を選択する。このようにして、ブラシ火花が格段に低減される。

電気機器の別の実施形態では、回転数制御のために第３のハンマーブラシが設けられる。このハンマーブラシは、相互に反対側に位置するハンマーブラシ（以下では、第１のハンマーブラシおよび第２のハンマーブラシとも称する）間に半径方向に配置される。それによれば第３のハンマーブラシは、第１のハンマーブラシに対して回転方向に、１８０°を下回る所定の角度だけずれて配置され、たとえば７０°ずれて配置される。ここでは、低い回転数段では、相互に反対側に位置する両ハンマーブラシすなわち第１のハンマーブラシおよび第２のハンマーブラシが通電され、第３のハンマーブラシは通電されない。高い回転数段では、第２のハンマーブラシと第３のハンマーブラシとが通電されるのに対し、第１のハンマーブラシは通電されない。したがって第２のハンマーブラシは、低い回転数では第１のハンマーブラシと共働し、高い回転数では第３のハンマーブラシと共働する共通のブラシとなる。その時点で通電されないハンマーブラシは、そのつど２つの隣接する整流子片を接続する。従来の巻き方では、このことによってこのハンマーブラシは、間に存在するコイルを短絡し、次のような短絡電流を形成する。すなわち、給電電流に対して逆方向であり、電機子に作用する半径方向力を引き起こす短絡電流を形成する。この半径方向力は、本発明による電気機器では回避される。というのも、１つのコイルではなく、対称的に配置された２つの部分コイルが、隣接する整流子片に設けられるからである。２つの隣接する整流子片が、その時点で通電されないハンマーブラシによって接続されると、両部分コイルに短絡電流が発生し、両部分コイルの半径方向力は補償される。

別の有利な構成では、対称的に配置された部分コイルは、縮小されたコイルワイヤ断面を有する２重巻線として形成され、たとえば半分のコイルワイヤ断面を有する２つ重ねの２重巻線として形成される。このことによって、スロット占有率は上昇される。

本発明による電気機器はたとえば、自動車において可動部品を調整するための２極直流モータとすることができ、たとえばフロントガラスワイパモータ、ウィンドウレバーモータ、座席調節モータとすることができる。

次に、添付の図面を参照しながら実施例に基づき、本発明を詳しく説明する。

図１の概略図は、ハンマーブラシの摩擦によって、寿命にわたって整流子においてブラシの接点が相互にずれる様子を示す。図１ａに電気機器１００が示されており、この電気機器１００は電機子２０と、２つの磁極３０と、整流子片１１を有する整流子１０とを備えている。電機子２０および整流子１０は、回転軸２１を有する電機子シャフト２２に回動不能に支承されている。第１のハンマーブラシおよび第２のハンマーブラシ１４はばねレバー１５によって、整流子１０に摺動可能に設けられている。両ハンマーブラシ１４は相互に反対側にあるので、ブラシ１４の新品状態では、ブラシ中心線１７は整流子表面１６に、１８０°の角度でずれて接する。図１ｂは、整流子１０と２つの相互に反対側にあるハンマーブラシ１４とから成る構成の、ブラシ１４の寿命の終わり頃の状態を示す。ブラシ摩擦によって、ブラシ中心線１７は整流子表面１６に、１８０°を超える角度で接する。このことによって両ハンマーブラシ１４の整流時点は変化し、両ブラシ１４はもはや同時に整流しなくなり、不所望の半径方向力が電機子に作用してしまう。

図２に、それぞれ２つの対称的な部分コイルを有する電機子コイルの第１の実施形態の部分的な展開図が、概略的に示されている。ここに図示された実施形態では、整流子１０は１２個の整流子片１１を有し、電機子２０は１２個の歯２３と１２個の電機子スロット２４と有する。電機子コイルは重ね巻にしたがって、短節巻の形態で巻回される。第１の部分コイル２５は、１番目の歯と２番目の歯２３との間の第１の電機子スロット２４と、６番目の歯と７番目の歯２３との間の第６の電機子スロット２４とに巻回される。第２の部分コイル２６は、１２番目の歯と１番目の歯２３との間の第１２の電機子スロット２４と、７番目の歯と８番目の歯２３との間の第７の電機子スロット２４とに巻回される。第１の部分コイル２５および第２の部分コイル２６の両端部は、隣接する整流子片１１（ここでは第３の整流子片および第４の整流子片）に電気的に接続されている。したがって、両部分コイル２５，２６は直列接続されている。第１の電機子スロット２４と第６の電機子スロット２４、ならびに第７の電機子スロット２４と第１２の電機子スロット２４とは相互に反対側にあるので、両部分コイル２５，２６は電機子２０の回転軸１３を対称軸として、相互に対称的に配置されている。こうするためには両部分コイルは相互に平行にされており、両部分コイル２５，２６は逆の巻回方向に巻回されている。ここに図示された実施形態では、まず第１の部分コイル２５が巻回された後、第２の部分コイル２６が巻回される。しかし、択一的に両部分コイル２５，２６を交互に巻回することもできる。

図３に、それぞれ２つの対称的な部分コイルを有する電機子コイルの第２の実施形態の部分的な展開図が、概略的に示されている。ここに図示された実施形態でも、整流子１０は１２個の整流子片１１を有し、電機子２０は１２個の歯２３と１２個の電機子スロット２４と有する。電機子コイルはここでも、重ね巻にしたがって短節巻の形態で巻回される。第１の部分コイル２５は、１番目の歯と２番目の歯２３との間の第１の電機子スロット２４と、６番目の歯と７番目の歯２３との間の第６の電機子スロット２４とに巻回される。第２の部分コイル２６は、１２番目の歯と１番目の歯２３との間の第１２の電機子スロット２４と、７番目の歯と８番目の歯２３との間の第７の電機子スロット２４とに巻回される。両部分コイル２５，２６は並列接続されている。こうするためには、各部分コイル２５，２６の両端部が、隣接する整流子片１１に電気的に接続されている。

図２および３はそれぞれ、両部分コイル２５，２６の直列接続の実施形態および並列接続の実施形態を示している。２つの対称的に配置された部分コイル２５，２６の、ここに図示された巻き方の原理にしたがって、多くの別の巻き方パターンを実現することができる。

図４に、３つのハンマーブラシ１４´、１４´´、１４´´´の構成が概略的に示されている。ハンマーブラシ１４´、１４´´、１４´´´は、ここでは簡単にブロックとして示されている。第１のハンマーブラシ１４´および第２のハンマーブラシ１４´´は、相互に反対側に配置されている。第３のハンマーブラシ１４´´´が、第１のハンマーブラシ１４´と第２のハンマーブラシ１４´´との間に半径方向に設けられている。すなわち、第３のハンマーブラシ１４´´´は第１のハンマーブラシ１４´に対して、回転方向に所定の角度だけずれて配置されている。この所定の角度は、ここではたとえば４５°である。ここでは、低い回転数段では、相互に反対側に位置する両ハンマーブラシすなわち第１のハンマーブラシ１４´および第２のハンマーブラシ１４´´が通電され、高い回転数段では第２のハンマーブラシ１４´´および第３のハンマーブラシ１４´´´が通電される。したがって第２のハンマーブラシ１４´´は、低い回転数では第１のハンマーブラシ１４´と共働し、高い回転数では第３のハンマーブラシ１４´´´と共働する共通のブラシとなる。

新品状態にある、２つのハンマーブラシを備えた電気機器を示す。寿命が終わる頃の、２つのハンマーブラシを備えた電気機器を示す。直列接続された２つの対称的な部分コイルを備えている電機子コイルの第１の実施形態を示す。並列接続された２つの対称的な部分コイルを備えている電機子コイルの第２の実施形態を示す。回転方向にずれて整流子に配置された３つのハンマーブラシの配置を示す。

符号の説明

１００電気機器
１０整流子
１１整流子片
１４，１４´，１４´´，１４´´´ ハンマーブラシ
１５ばねレバー
１６整流子表面
１７ブラシ中心線
２０電機子
２１回転軸
２２電機子シャフト
２３歯
２４電機子スロット
２５，２６部分コイル
３０磁極

Claims

電機子コイルを収容するための電機子スロット（２４）を有する電機子（２０）と、整流子片（１１）を有する整流子（１０）と、第１のハンマーブラシおよび第２のハンマーブラシ（１４）とを備えた電気機器であって、
該第１のハンマーブラシおよび第２のハンマーブラシ（１４）はそれぞればねレバー（１５）によって、該整流子（１０）に摺動可能にかつ前記整流子片（１１）に当接する方向に設けられている形式のものにおいて、
前記ばねレバー（１５）は、前記第１のハンマーブラシおよび第２のハンマーブラシ（１４）が前記整流子片（１１）に当接する方向に対して交差する方向かつ前記電機子（２０）の回転軸（２１）に対して交差する方向に延在し、
少なくとも１つの電機子コイルが２つの部分コイル（２５，２６）から構成され、
該２つの部分コイル（２５，２６）は、前記回転軸（２１）を対称軸として、相互に対称的に配置されており、
該部分コイル（２５，２６）は、該整流子（１０）の２つの隣接する整流子片（１１）に接続されており、
前記第１のハンマーブラシおよび第２のハンマーブラシ（１４）は、前記整流子（１０）の回転時にその都度隣接する前記整流子片（１１）に重なるように、そのブラシ幅が選択されており、
両部分コイル（２５，２６）は逆の巻回方向で巻回されている、
電気機器。
両部分コイル（２５，２６）は幾何的に相互に実質的に平行に配置されている、
請求項１記載の電気機器。
両部分コイル（２５，２６）の巻き数は同数である、
請求項１または２記載の電気機器。
両部分コイル（２５，２６）は電気的に直列接続されている、
請求項１から３までのいずれか１項記載の電気機器。
直列接続された両部分コイル（２５，２６）は２つの端部を有し、
該２つの端部は、隣接する整流子片（１１）に接続されている、
請求項４記載の電気機器。
両部分コイル（２５，２６）は電気的に並列接続されている、
請求項１から３までのいずれか１項記載の電気機器。
並列接続された両部分コイル（２５，２６）はそれぞれ２つの端部を有し、
該部分コイル（２５，２６）の端部はそれぞれ、隣接する整流子片（１１）に接続されている、
請求項６記載の電気機器。
第３のハンマーブラシ（１４´´´）が設けられており、
前記第１のハンマーブラシ（１４´）および第２のハンマーブラシ（１４´´）は相互に反対側に配置されており、第１の回転数段で共働し、
該第３のハンマーブラシ（１４´´´）は該第１のハンマーブラシ（１４´）と第２のハンマーブラシ（１４´´）との間に半径方向に配置されており、第２の回転数段で該第２のハンマーブラシ（１４´´）と共働する、
請求項１から７までのいずれか１項記載の電気機器。