WO2006045658A1 - Elektrische maschine mit plankommutator und bürstenhalter - Google Patents

Elektrische maschine mit plankommutator und bürstenhalter Download PDF

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WO2006045658A1
WO2006045658A1 PCT/EP2005/054248 EP2005054248W WO2006045658A1 WO 2006045658 A1 WO2006045658 A1 WO 2006045658A1 EP 2005054248 W EP2005054248 W EP 2005054248W WO 2006045658 A1 WO2006045658 A1 WO 2006045658A1
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WO
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longitudinal side
commutator
plane
brushes
electrical machine
Prior art date
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PCT/EP2005/054248
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English (en)
French (fr)
Inventor
Achim Neubauer
Andrew Pierson
Pascal Chaumet
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • 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
    • H01R39/38—Brush holders
    • H01R39/41—Brush holders cartridge type
    • H01R39/415—Brush holders cartridge type with self-recoiling spring
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/14—Means for supporting or protecting brushes or brush holders
    • H02K5/143—Means for supporting or protecting brushes or brush holders for cooperation with commutators
    • H02K5/148—Slidably supported brushes
    • 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
    • H01R39/38—Brush holders
    • H01R39/381—Brush holders characterised by the application of pressure to brush

Definitions

  • the invention relates to an electric machine according to the preamble of
  • Such an electric machine with a planar contact segments comprising a comprehensive face plan commutator and a brush holder that holds in quivers acted upon with springs brushes and has on a Plankommutator the underside facing openings in the quivers from which the brushes emerge and contact the contact segments of the end face of the plan commutator.
  • Small electric motors that mechanically commutate and operate in liquids and / or are traversed by liquids are known as electric fuel pumps, as water pumps or the like in the automotive industry, and as feed pumps or the like outside the automotive sector.
  • Mechanical commutation systems for such engines are often plan commutators for space reasons. Due to scarce resources for fuels and rising prices for electrical energy, the importance of a high degree of efficiency is also increasing for liquid-fueled small electric motors.
  • the power consumption is determined by the efficiency of the power supply chain, the magnetic utilization of the electrical energy (low magnetic losses) and the hydraulic (fluid-related) or mechanical (for example, bearing friction or the like) losses.
  • the vibrations of the brush over the rotating commutator are reduced.
  • this reduces the hydraulic loss and the average contact resistance between brush and Plankommutatorsegment and thus the losses during the voltage transition from stationary to the rotating parts of the electric motor and thus overall the efficiency and the necessary current consumption of the electric motor.
  • the lifetime of the drive since the brush or Kommutatorverschl admirably is reduced mainly by the lower vibrations.
  • this can reduce the thickness of the copper / carbon disk of the commutator or the length of the carbon brush for the same life or just the life can be extended beyond the known extent. Furthermore, the assembly of the brush and the spring is facilitated.
  • an electric machine is provided with a flat contact segments comprising a full face plan commutator and a brush holder which holds in quivers acted upon with brush springs and on a side facing the Plankommutator underside openings in the quivers from which the brushes emerge and the contact segments contact the end face of the Plankommutators, wherein the springs are roller springs, which are hooked with hooks on Einitatistoffn formed laterally on the quivers, and that the Einhpsychgestoff are arranged in a plane which is parallel and spaced from the flat end face of the flat commutator ,
  • an electric machine having a plain contact segments comprising end face plane commutator and with a brush holder that holds in shafts of quivers spring loaded brushes and has at a Plankommutator the underside openings in the quivers, from which emerge the brushes and contact the contact segments of the end face of the plan commutator, wherein the springs are rolling springs, which are hooked with hooks on Ein knowledgeffenn formed laterally on the quivers, and wherein in addition to the Ein cognitivestoffn run transversely through the shafts of the quiver webs, so that the shafts of the brushes are guided on all sides.
  • This also has the advantage of optimizing the efficiency of DC small electric motors with flat commutator.
  • Such a design is optimized with respect to their geometry to the reduction of fluid friction and aquaplaning effects in plan commutators.
  • a coverage factor of 1.3 causes the brush always partially rests on at least two segments and thus does not have to record the excitation of the vibration of the respective segment jump at each transition from segment to segment of the planar commutator on the entire brush surface, since they at least partially supported on a previous segment. This reduces the tendency to oscillate and macroscopically also improves the efficiency and reduces the necessary current consumption of the electric motor in the liquid.
  • the scroll spring is disposed over the brush such that it introduces axial and tangential force components into the coal, the axial force component producing the optimum contact force on the plan commutator and the tangential force providing smooth guidance in the brush guide of the brush holder.
  • the spring constant of the scroll spring is close to zero, so that regardless of the remaining length of the carbon brush over the life almost the same spring force is exerted on the carbon brush and the plan commutator and the higher damping constant of the scroll spring the vibration behavior of at least one brush on the at least two segments of the plan commutator improved in always the same way over the life. This introduction of the spring force on the brush thus improves the calming of the brush and thus a source of vibration.
  • the brushes are best suited for flat commutators by having an end face designed as a flat contact surface.
  • the slope with the plane includes an angle of less than 90 °.
  • Plankommutatorsegmenten reduced and at the same time as a ship's bow of the liquid or the fuel / fuel provides little displacement surface and the liquid bypasses laterally.
  • the bevels optimize not only the displacement (lower displacement losses) but also the tendency for the brushes to float on the liquid or the fuel (aquaplaning).
  • the average gap height between brush and Plankommutatorsegment is minimized, a minimum inclination of the coal surface relative to the Kommutator Structure prevented and in turn minimizes the current transfer losses between brush and commutator.
  • the quivers are open on both sides. This has the advantage that they can build shorter than closed quiver, since no tree space for springs must be provided, which increases the overall length.
  • the brushes comprise a shaft with a cross-sectional area having an outer contour, the outer contour being streamlined.
  • An implementation of the streamlined outer contour is possible in that at least a first and second longitudinal side parallel to a first distance to each other, wherein the width of the first longitudinal side is greater than the width of the second longitudinal side, that the first and second longitudinal side disposed symmetrically to a plane are perpendicular to the first and second longitudinal side, that a third and fourth longitudinal side symmetrical to the plane and preferably parallel and at a second distance from each other and that between the first longitudinal side and the third longitudinal side a first slope and between the first longitudinal side and fourth longitudinal side, a second slope is formed.
  • FIG. 1 shows an electrical machine in a longitudinal section
  • FIG. 2 shows a detailed longitudinal section according to the sectional lines II-II in FIG. 3
  • FIG. 3 shows a plan view of the brush holder according to FIG.
  • Figure 4 is a perspective view of brushes, roller springs and a commutator
  • Figure 5 is a plan view of the commutator of Figure 4 and Figure 6a to 6e alternative cross-sectional areas of brushes.
  • an electric machine 10 is shown simplified in a longitudinal section.
  • it is a brush-type DC motor, also called commutator, and is part of a fuel pump of a motor vehicle.
  • the electrical machine 10 preferably has only one direction of rotation, which is why it is particularly intended for the already mentioned fan drive. Also due to the low noise, the electric machine 10 is best suited for a fan output.
  • a commutator is arranged on the armature shaft in the case of a brushed DC motor. In the case of a generator, this would be a slip ring.
  • the electric machine 10 comprises a housing, in particular a pole tube 12, and an armature 14 arranged therein.
  • the armature 14 has an armature shaft 16 which is arranged in two end-side bearings 18, which in turn are fastened in two bearing caps 20.
  • Magnets 22 arranged.
  • the magnets 22 cooperate with a fixed to the armature shaft 14 plate pack 18 with an armature winding 24.
  • the armature winding 24 is connected to hooks 26 (FIG. 2) of a commutator 28.
  • the commutator 28, which is preferably designed as a planar commutator, is acted upon by two brushes 30 indicated by dashed lines.
  • the brushes 30 are arranged on a brush holder 32 produced as a plastic injection-molded part.
  • the brush holder 32 comprises quivers 34 for two brushes 30 with a streamlined outer contour.
  • the brush holder 32 has two quivers 34 which are formed parallel to each other and face in the same direction. Laterally to the commutator 28 alignable openings of the quiver 34 two extending in a plane paragraphs 36 are formed for hooks 38 of 40 rolling springs.
  • the paragraphs 36 may be, for example, the lower or the commutator 28 facing edge of the quiver 34.
  • a web 39 extending transversely through the shaft of the holder 34 is formed at the lower edge.
  • the web 39 extends parallel to the shoulder 36 and the scroll spring 40. It extends only slightly into the shaft of the holder 34 into it.
  • Scroll spring 40 is passed during assembly between the web 39 and the shoulder 36 and then hooked on the shoulder 36. Both the paragraphs 36 and the webs 39, the assembly of the brush 30 and the scroll spring 40 is facilitated by the remote from the commutator 28 side or opening of the holder 34.
  • the web 39 also a shaft 42 and the outer contour 44 of the brush 30 is formed on all sides enclosing guide, which has a positive effect on the vibration behavior and thus, inter alia, the life.
  • the quivers 34 are open at both ends. Between the brush holder 32 and the end face of the commutator 28, a space 41 is formed, through which in the case of
  • Fuel pump fuel is conveyed. Here, the fuel is swirled. The following describes how these turbulences can be reduced.
  • the brushes 30 comprise a
  • Shaft 42 having an outer contour 44 having a cross-sectional area 46.
  • the outer contour 44 is characterized in that it is formed streamlined.
  • the shaft 42 includes a plurality of longitudinal sides 48, 50, 52, 54, which are preferably at right angles to each other. Between respectively adjacent longitudinal sides 48, 50, 52, 54 bevels 56, 58, 60, 62 are formed whose width is greater than the width of at least one of the two adjacent longitudinal sides 48, 50 52, 54. This results in an at least hexagonal, preferably octagonal cross-sectional area 46.
  • a first longitudinal side 48 and a second longitudinal side 50 run parallel to each other at a first distance.
  • the width of the first longitudinal side 48 is greater than the width of the second longitudinal side 50.
  • the first and the second longitudinal side 48, 50 are arranged symmetrically to a dashed line 64, which extends perpendicularly through the first and second longitudinal side.
  • a third longitudinal side 52 and a fourth longitudinal side 54 extend symmetrically to the plane 64 and preferably parallel and with a second
  • the third and fourth longitudinal side 52, 54 are the same size and shorter than the second longitudinal side 50. Between the first longitudinal side 48 and the third longitudinal side 52, a first slope 56 and between the first longitudinal side 48 and fourth longitudinal side 54, a second slope 58 is formed. The first and second slopes 56, 58 are wider than the third and fourth longitudinal sides 52, 54. The first and second slopes 56, 58
  • first angle 66 disposed symmetrically with respect to the plane 64.
  • a fourth slope 62 is formed between the second longitudinal side 50 and the third longitudinal side 52 in each case a third slope 60 and between the second longitudinal side 50 and the fourth longitudinal side 54.
  • the third and fourth slopes 60, 62 are wider than the third and fourth longitudinal sides 52, 54.
  • the third and fourth slopes 60, 62 enclose a second angle symmetrical to the plane 64.
  • the first angle 66 formed by the first and second bevels 60 is smaller than the second angle formed by the third and fourth slopes.
  • the brush 30 has a plane formed as a flat contact surface 68 for the commutator 28 end face.
  • a bevel 72 for the scroll spring 40 is formed on the end face 70 of the brush 30 facing away from the contact surface 68.
  • the slope preferably includes an angle of less than 90 ° with the plane 64.
  • the angle 66 which can also be referred to as the cover angle, is greater by a factor of 1.3 ⁇ 0.2 than the angle 74 of a coal segment 76 of the commutator 28. At least the factor should be greater than 1.
  • the outer contour 44.1, 44.2, 44.3, 44.4, 44.5 can still be round (FIG. 6a), oval (FIG. 6b), diamond-shaped (FIG. 6c), triangular (FIG. 6d) or kidney-shaped (FIG. Figure 6e, indicated only by a ring segment).

Landscapes

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

Abstract

Vorgeschlagen wird eine elektrische Maschine (10) mit einem eine ebene Kontaktsegmente (76) umfassende Stirnfläche aufweisenden Plankommutator (28) und mit einem Bürstenhalter (32), der in Köchern (34) mit Federn beaufschlagte Bürsten (30) hält und der an einer dem Plankommutator (28) zugewandten Unterseite Öffnungen in den Köchern (34) hat, aus denen die Bürsten (30) austreten und die Kontaktsegmente (6) der Stirnfläche des Plankommutators (28) kontaktieren, wobei die Federn Rollfedern (40) sind, die mit Haken (38) an Einhängemitteln (36), die seitlich an den Köchern (34) ausgebildet sind, eingehängt sind, und wobei die Einhängemittel (36) in einer Ebene angeordnet sind, die parallel und mit Abstand zur ebenen Stirnfläche des Plankommutators (28) verläuft. Dies hat den Vorteil einer Optimierung des Wirkungsgrades von Gleichstrom-Elektrokleinmotoren mit Plankommutator.

Description

ELEKTRISCHE MASCHINE MIT PLANKOMMUTATOR UND BÜRSTENHALTER
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 und 2. Eine derartige elektrische Maschine mit einem eine ebene Kontaktsegmente umfassende Stirnfläche aufweisenden Plankommutator und mit einem Bürstenhalter, der in Köchern mit Federn beaufschlagte Bürsten hält und der an einer dem Plankommutator zugewandten Unterseite Öffnungen in den Köchern hat, aus denen die Bürsten austreten und die Kontaktsegmente der Stirnfläche des Plankommutators kontaktieren.
Elektrokleinmotoren, die mechanisch kommutiert und in Flüssigkeiten betrieben und/oder von Flüssigkeiten durchströmt werden, sind als elektrische Kraftstoffpumpen, als Wasserpumpen oder dergleichen im Automobilbau, und als Förderpumpen oder dergleichen außerhalb des Kraftfahrzeugbereichs bekannt. Mechanische Kommutierungssysteme für solche Motoren sind aus Bauraumgründen häufig Plankommutatoren. Aufgrund knapper werdender Ressourcen für Kraftstoffe/Treibstoffe sowie steigender Preise für elektrische Energie steigt die Bedeutung eines hohen Wirkungsgrades auch für in Flüssigkeiten/Treibstoffen betriebene Elektro-Kleinmotoren.
Dies gilt insbesondere für Kraftfahrzeuganwendungen. Für die Stromaufnahme sind der Wirkungsgrad der Stromführungskette, die magnetische Ausnützung der elektrischen Energie (geringe magnetische Verluste) und die hydraulischen (flüssigkeitsbedingten) bzw. die mechanischen (z.B. Lagerreibung oder dergleichen) Verluste maßgeblich.
Vorteile der Erfindung
Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder 2 werden die Schwingungen der Bürste über dem rotierenden Kommutator reduziert. Außerdem vermindert dies den hydraulischen Verlust und den mittleren Übergangswiderstand zwischen Bürste sowie Plankommutatorsegment und damit die Verluste beim Spannungsübergang von stehenden auf die rotierenden Teile des Elektromotors und damit insgesamt den Wirkungsgrad und die notwendige Stromaufnahme des Elektromotors. Außerdem wird dadurch gleichzeitig die Lebensdauer des Antriebes gesteigert, da der Bürsten- bzw. Kommutatorverschleiß vor Allem durch die geringeren Schwingungen verringert wird. Im Idealfall kann dadurch die Dicke der Kupfer-/Kohlescheibe des Kommutators bzw. die Länge der Kohlebürste bei gleicher Lebensdauer reduziert oder eben die Lebensdauer über das bekannte Maß hinaus verlängert werden. Ferner wird die Montage der Bürste und der Feder erleichtert.
Hierzu ist vorgesehen eine elektrische Maschine mit einem eine ebene Kontaktsegmente umfassende Stirnfläche aufweisenden Plankommutator und mit einem Bürstenhalter, der in Köchern mit Federn beaufschlagte Bürsten hält und der an einer dem Plankommutator zugewandten Unterseite Öffnungen in den Köchern hat, aus denen die Bürsten austreten und die Kontaktsegmente der Stirnfläche des Plankommutators kontaktieren, wobei die Federn Rollfedern sind, die mit Haken an Einhängemitteln, die seitlich an den Köchern ausgebildet sind, eingehängt sind, und dass die Einhängemittel in einer Ebene angeordnet sind, die parallel und mit Abstand zur ebenen Stirnfläche des Plankommutators verläuft.
Alternativ oder zusätzlich ist dies möglich mit einer elektrische Maschine mit einem eine ebene Kontaktsegmente umfassende Stirnfläche aufweisenden Plankommutator und mit einem Bürstenhalter, der in Schächten von Köchern mit Federn beaufschlagte Bürsten hält und der an einer dem Plankommutator zugewandten Unterseite Öffnungen in den Köchern hat, aus denen die Bürsten austreten und die Kontaktsegmente der Stirnfläche des Plankommutators kontaktieren, wobei die Federn Rollfedern sind, die mit Haken an Einhängemitteln, die seitlich an den Köchern ausgebildet sind, eingehängt sind, und wobei neben den Einhängemitteln quer durch die Schächte der Köcher Stege verlaufen, so dass die Schäfte der Bürsten allseitig geführt sind.
Dies hat außerdem den Vorteil einer Optimierung des Wirkungsgrades von Gleichstrom- Elektrokleinmotoren mit Plankommutator. Eine derartige Ausbildung ist bezüglich ihrer Geometrie auf die Verringerung von Flüssigkeitsreibungs- und Aquaplaningeffekten bei Plankommutatoren optimiert.
Ein Überdeckungsfaktor von z.B. 1,3 bewirkt, dass die Bürste immer auf mindestens zwei Segmenten teilweise aufliegt und damit nicht bei jedem Übergang von Segment zu Segment des Plankommutators auf der gesamten Bürstenfläche die Anregung der Schwingung des jeweiligen Segmentsprunges aufnehmen muss, da sie sich zumindest teilweise noch auf einem vorherigen Segment abstützt. Dies vermindert die Neigung zu Schwingungen und verbessert makroskopisch ebenfalls wieder den Wirkungsgrad und verringert die notwendige Stromaufnahme des Elektromotors in der Flüssigkeit.
Die Rollfeder ist derart über der Bürste angeordnet, dass Sie eine axiale und eine tangentiale Kraftkomponente in die Kohle einleitet, wobei die axiale Kraftkomponente die optimale Anpresskraft auf den Plankommutator erzeugt und die tangentiale Kraft eine ruhige Führung in der Kohlebürstenführung des Bürstenhalters gewährleistet. Die Federkonstante der Rollfeder ist nahe Null, so dass unabhängig von der Restlänge der Kohlebürste über der Lebensdauer fast die gleiche Federkraft auf die Kohlebürste und den Plankommutator ausgeübt wird und die höhere Dämpfungskonstante der Rollfeder das Schwingungsverhalten der mindestens einen Bürste auf den mindestens zwei Segmenten des Plankommutators in immer gleicher Weise über der Lebensdauer verbessert. Diese Einleitung der Federkraft auf die Bürste verbessert damit das Ruhigstellen der Bürste und damit eine Schwingungsquelle. Dies führt insgesamt zu geringeren Schwingungen zwischen dem rotierenden Plankommutator und den stehenden Bürsten, zu einem im Mittel geringeren Spalt bzw. mikroskopisch gesehen zu häufigerem bzw. engerem Kontakt und damit zu zahlreicheren und weniger spannungsintensiven Stromübergängen (auch „Pittings" genannt) zwischen Bürste und Kommutator und damit eben zu geringeren Verlusten im Spannungsübergang, da die Verluste mit steigender
Länge und sinkender Zahl der Blitze/Pittings und mit zunehmender Flüssigkeitsmenge im Spannungsübergang zunehmen. Insgesamt führt die gleichmäßigere Anpresskraft der Kohle auf die Kommutatorsegmente über der Lebensdauer und die geringere Schwingungsneigung zu homogenerem Verschleiß und geringeren Verlusten im Spannungsübergang und makroskopisch zu höherem Wirkungsgrad.
Am besten sind die Bürsten für Plankommutatoren geeignet, indem sie eine als ebene Kontaktfläche ausgebildete Stirnfläche hat. Vorzugsweise hat die Bürste an der von einer Kontaktfläche abgewandten Stirnfläche eine Schräge für eine Rollfeder. In einer bevorzugten Weiterbildung schließt die Schräge mit der Ebene einen Winkel von weniger als 90° ein.
Die Kohlegeometrie ist derart konzipiert, dass der Überdeckungsgrad die Schwingungsanregung durch die Segmentsprünge zwischen den einzelnen - A -
Plankommutatorsegmenten reduziert und gleichzeitig ähnlich wie ein Schiffsbug der Flüssigkeit bzw. dem Treibstoff/Kraftstoff wenig Verdrängungsfläche bietet und die Flüssigkeit seitlich vorbeileitet. Die Schrägen optimieren neben der Verdrängung (geringere Verdrängungsverluste) auch die Neigung zum Aufschwimmen der Bürsten auf der Flüssigkeit bzw. dem Kraftstoff (Aquaplaning). Dadurch wird die mittlere Spalthöhe zwischen Bürste und Plankommutatorsegment minimiert, einer minimale Schrägstellung der Kohlefläche gegenüber der Kommutatorfläche vorgebeugt und wiederum die Stromübergangsverluste zwischen Bürsten und Kommutator minimiert.
Vorzugsweise sind die Köcher beidseitig offen. Dies hat den Vorteil, dass sie kürzer bauen können als geschlossene Köcher, da kein Baumraum für Federn vorgesehen werden muss, der die Baulänge vergrößert.
Vorzugsweise umfassen die Bürsten einen Schaft mit einer eine Außenkontur aufweisenden Querschnittsfläche, wobei die Außenkontur stromlinienförmig ausgebildet ist. Eine Umsetzung der stromlinienförmigen Außenkontur ist dadurch möglich, dass wenigstens eine erste und zweite Längsseite parallel mit einem ersten Abstand zueinander verlaufen, wobei die Breite der ersten Längsseite größer als die Breite der zweiten Längsseite ist, dass die erste und zweite Längsseite symmetrisch zu einer Ebene angeordnet sind, die senkrecht durch die erste und zweite Längsseite verläuft, dass eine dritte und vierte Längsseite symmetrisch zur Ebene und vorzugsweise parallel und mit einem zweiten Abstand zueinander verlaufen und dass zwischen der ersten Längsseite und der dritten Längsseite eine erste Schräge sowie zwischen der ersten Längsseite und vierten Längsseite eine zweite Schräge ausgebildet ist.
Als weitere Möglichkeiten einer stromlinienförmigen Außenkontur sind runde, ovale, rautenförmige, dreieckige oder nierenförmige Formen möglich.
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 elektrische Maschine in einem Längsschnitt, Figur 2 einen detaillierten Längsschnitt gemäß den Schnittlinien II-II in Figur 3, Figur 3 eine Draufsicht auf den Bürstenhalter nach Figur 2,
Figur 4 eine perspektivische Ansicht auf Bürsten, Rollfedern und einen Kommutator, Figur 5 eine Draufsicht auf den Kommutator nach Figur 4 und Figur 6a bis 6e alternative Querschnittsflächen von Bürsten.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In der Figur 1 ist ein Teil einer elektrischen Maschine 10 in einem Längsschnitt vereinfacht dargestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen bürstenbehafteten Gleichstrommotor, auch Kommutatormotor genannt, und Teil einer Kraftstoffpumpe eines Kraftfahrzeugs ist. Es sind jedoch andere Anwendungen beispielsweise in einem Lüfter, Fensterheber, Wischerantrieb, Sitzversteller oder sonstigen Anwendungen in einem Kraftfahrzeug denkbar. Es kann sich aber auch um einen Generator handeln. Die elektrische Maschine 10 hat vorzugsweise nur eine Drehrichtung, weshalb sie besonders für den bereits erwähnten Lüfterantrieb bestimmt ist. Auch aufgrund der niedrigen Geräusche ist die elektrische Maschine 10 am besten für einen Lüfterabtrieb geeignet.
In der elektrischen Maschine 10 ist auf der Ankerwelle für den Fall, dass es sich um einen bürstenbehafteten Gleichstrommotor handelt, ein Kommutator angeordnet. Im Falle eines Generators wäre dies ein Schleifring.
Die elektrische Maschine 10 umfasst ein Gehäuse, insbesondere ein Polrohr 12, und einen darin angeordneten Anker 14. Der Anker 14 weist eine Ankerwelle 16 auf, die in zwei stirnseitigen Lagern 18 angeordnet, die in ihrerseits in zwei Lagerdeckeln 20 befestigt sind. Schließlich sind am Innenumfang des Polrohrs 12 um das Lamellenpaket 18 herum
Magnete 22 angeordnet. Die Magnete 22 wirken mit einem auf der Ankerwelle 14 befestigten Lamellenpaket 18 mit einer Ankerwicklung 24 zusammen. Die Ankerwicklung 24 ist mit Haken 26 (Figur 2) eines Kommutators 28 verbunden. Der Kommutator 28, der vorzugsweise als Plankommutator ausgebildet ist, wird von zwei gestrichelt angedeuteten Kohlebürsten bzw. Bürsten 30 beaufschlagt. Die Bürsten 30 sind auf einem als Kunststoffspritzgussteil hergestellten Bürstenhalter 32 angeordnet.
Aus den Figuren 2 und 3 geht hervor, dass der Bürstenhalter 32 Köcher 34 für zwei Bürsten 30 mit einer stromlinienförmigen Außenkontur umfasst. Der Bürstenhalter 32 hat zwei Köcher 34, die parallel zueinander ausgebildet sind und in die gleiche Richtung weisen. Seitlich an zum Kommutator 28 ausrichtbaren Öffnungen der Köcher 34 sind zwei in einer Ebene verlaufende Absätze 36 für Haken 38 von Rollfedern 40 ausgebildet.
Die Absätze 36 können beispielsweise der untere bzw. dem Kommutator 28 zugewandte Rand der Köcher 34 sein. Parallel zum Absatz 36 bzw. in etwa in gleicher Höhe ist am unteren Rand ein sich quer durch den Schacht des Köchers 34 erstreckender Steg 39 ausgebildet. Der Steg 39 verläuft parallel zum Absatz 36 bzw. der Rollfeder 40. Er erstreckt sich nur ein wenig in den Schacht des Köchers 34 hinein. Der Haken 38 der
Rollfeder 40 wird bei der Montage zwischen dem Steg 39 und dem Absatz 36 hindurchgeführt und dann am Absatz 36 eingehängt. Sowohl durch die Absätze 36 als auch die Stege 39 wird die Montage der Bürste 30 bzw. der Rollfeder 40 von der vom Kommutator 28 abgewandten Seite bzw. Öffnung des Köchers 34 erleichtert. Durch den Steg 39 ist zudem eine den Schaft 42 bzw. die Außenkontur 44 der Bürste 30 allseitig umschließende Führung gebildet, was sich positiv auf das Schwingungsverhalten auswirkt und somit unter anderem auch die Lebensdauer.
Die Köcher 34 sind an beiden Enden offen. Zwischen dem Bürstenhalter 32 und der Stirnseite des Kommutators 28 ist ein Raum 41 ausgebildet, durch den im Falle einer
Kraftstoffpumpe Kraftstoff hindurchbefördert wird. Hierbei wird der Kraftstoff verwirbelt. Im Nachfolgenden wird beschrieben, wie diese Verwirbelungen vermindert werden können.
Wie besonders gut aus den Figuren 4 und 5 hervorgeht, umfassen die Bürsten 30 einen
Schaft 42 mit einer eine Außenkontur 44 aufweisenden Querschnittsfläche 46. Die Außenkontur 44 ist dadurch gekennzeichnet, dass sie stromlinienförmig ausgebildet ist. Der Schaft 42 umfasst mehrere Längsseiten 48, 50, 52, 54, die vorzugsweise im rechten Winkel zueinander stehen. Zwischen jeweils benachbarten Längsseiten 48, 50, 52, 54 sind Schrägen 56, 58, 60, 62 ausgebildet, deren Breite größer als die Breite wenigstens einer der beiden benachbarten Längsseiten 48, 50 52, 54 ist. Dadurch ergibt sich eine mindestens sechseckige, vorzugsweise achteckige Querschnittsfläche 46.
Eine erste Längsseite 48 und eine zweite Längsseite 50 verlaufen parallel mit einem ersten Abstand zueinander. Die Breite der ersten Längsseite 48 ist größer als die Breite der zweiten Längsseite 50. Die erste und die zweite Längsseite 48, 50 sind symmetrisch zu einer gestrichelt eingezeichneten Ebene 64 angeordnet, die senkrecht durch die erste und zweite Längsseite verläuft. Eine dritte Längsseite 52 und eine vierte Längsseite 54 verlaufen symmetrisch zur Ebene 64 und vorzugsweise parallel und mit einem zweiten
Abstand zueinander. Die dritte und vierte Längsseite 52, 54 sind gleich groß und kürzer als die zweite Längsseite 50. Zwischen der ersten Längsseite 48 und der dritten Längsseite 52 ist eine erste Schräge 56 und zwischen der ersten Längsseite 48 und vierten Längsseite 54 eine zweite Schräge 58 ausgebildet. Die erste und zweite Schräge 56, 58 sind breiter als die dritte und vierte Längsseite 52, 54. Die erste und zweite Schräge 56,
58 schließen einen symmetrisch zur Ebene 64 angeordneten ersten Winkel 66 ein.
Zwischen der zweiten Längsseite 50 und der dritten Längsseite 52 ist jeweils eine dritte Schräge 60 sowie zwischen der zweiten Längsseite 50 und vierten Längsseite 54 eine vierte Schräge 62 ausgebildet. Die dritte und vierte Schräge 60, 62 sind breiter als die dritte und vierte Längsseite 52, 54. Die dritte und vierte Schräge 60, 62 schließen einen symmetrisch zur Ebene 64 angeordneten zweiten Winkel ein. Der erste von der ersten und zweiten Schräge 60 gebildete Winkel 66 ist kleiner als der von der dritten und vierten Schräge gebildete zweite Winkel.
Ferner hat die Bürste 30 eine als ebene Kontaktfläche 68 für den Kommutator 28 ausgebildete Stirnfläche. Wie gut aus der Figur 4 hervorgeht, ist an der von der Kontaktfläche 68 abgewandten Stirnfläche 70 der Bürste 30 eine Schräge 72 für die Rollfeder 40 ausgebildet. Die Schräge schließt mit der Ebene 64 vorzugsweise einen Winkel von weniger als 90° ein.
Der auch als Überdeckungswinkel bezeichenbare Winkel 66 ist um den Faktor 1,3 ± 0,2 größer als der Winkel 74 eines Kohlesegments 76 des Kommutators 28. Zumindest sollte der Faktor größer 1 sein. Wie letztlich noch aus den Figuren 6a bis 6e hervorgeht, kann die Außenkontur 44.1, 44.2, 44.3, 44.4, 44.5 noch rund (Figur 6a), oval (Figur 6b), rautenförmig (Figur 6c), dreieckig (Figur 6d) oder nierenförmig (Figur 6e, nur durch ein Ringsegment angedeutet) ist.

Claims

Ansprüche
1. Elektrische Maschine (10) mit einem eine ebene Kontaktsegmente (76) umfassende Stirnfläche aufweisenden Plankommutator (28) und mit einem Bürstenhalter (32), der in Schächten von Köchern (34) mit Federn beaufschlagte Bürsten (30) hält und der an einer dem Plankommutator (28) zugewandten Unterseite Öffnungen in den Köchern (34) hat, aus denen die Bürsten (30) austreten und die Kontaktsegmente (76) der Stirnfläche des Plankommutators (28) kontaktieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn Rollfedern (40) sind, die mit Haken (38) an Einhängemitteln (36), die seitlich an den Köchern (34) ausgebildet sind, eingehängt sind, und dass die Einhängemittel (36) in einer Ebene angeordnet sind, die parallel und mit Abstand zur ebenen Stirnfläche des Plankommutators (28) verläuft.
2. Elektrische Maschine (10) mit einem eine ebene Kontaktsegmente (76) umfassende Stirnfläche aufweisenden Plankommutator (28) und mit einem Bürstenhalter (32), der in Schächten von Köchern (34) mit Federn beaufschlagte Bürsten (30) hält und der an einer dem Plankommutator (28) zugewandten Unterseite Öffnungen in den Köchern (34) hat, aus denen die Bürsten (30) austreten und die Kontaktsegmente (76) der Stirnfläche des Plankommutators (28) kontaktieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn Rollfedern (40) sind, die mit Haken (38) an
Einhängemitteln (36), die seitlich an den Köchern (34) ausgebildet sind, eingehängt sind, und dass neben den Einhängemitteln (36) quer durch die Schächte der Köcher (34) Stege (39) verlaufen, so dass die Schäfte (42) der Bürsten (30) allseitig geführt sind.
3. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bürstenhalter (32) Köcher (34) für wenigstens eine Bürste (30) mit einer stromlinienförmigen Außenkontur (44, 44.1, 44.2, 44.3, 44.4, 44.5) umfasst.
4. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Köcher (34) beidseitig offen sind.
5. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürsten (30) Kommutatorsegmente (76) eines Plankommutators um einen Faktor von größer 1, vorzugsweise einem Faktor von 1,3 überdecken.
6. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürste (30) einen Schaft (42) mit einer eine Außenkontur
(44) aufweisenden Querschnittsfläche (46) umfasst, wobei die Außenkontur (44, 44.1, 44.2, 44.3, 44.4, 44.5) stromlinienförmig ausgebildet ist.
7. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine erste und zweite Längsseite (48, 50) parallel mit einem ersten
Abstand zueinander verlaufen, wobei die Breite der ersten Längsseite (48) größer als die Breite der zweiten Längsseite (50) ist, dass die erste und zweite Längsseite (48, 50) symmetrisch zu einer Ebene (64) angeordnet sind, die senkrecht durch die erste und zweite Längsseite (48, 50) verläuft, dass eine dritte und vierte Längsseite (52, 54) symmetrisch zur Ebene (64) und vorzugsweise parallel und mit einem zweiten
Abstand zueinander verlaufen und dass zwischen der ersten Längsseite (48) und der dritten Längsseite (52) eine erste Schräge (56) sowie zwischen der ersten Längsseite (48) und der vierten Längsseite (54) eine zweite Schräge (58) ausgebildet ist.
8. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte und vierte Längsseite (52, 54) gleich groß und kürzer als die zweite Längsseite (50) sind und/oder dass die erste und zweite Schräge (56, 58) breiter als die dritte und vierte Längsseite (53, 54) sind und/oder dass die erste und zweite Schräge (56, 58) einen symmetrisch zur Ebene (64) angeordneten ersten Winkel (66) einschließen.
9. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten Längsseite (50) und der dritten Längsseite (52) eine dritte Schräge (60) sowie zwischen der zweiten Längsseite (50) und der vierten Längsseite (54) eine vierte Schräge (62) ausgebildet ist und dass die dritte und vierte Schräge
(60, 62) breiter als die dritte und vierte Längsseite (53, 54) sind und dass die dritte und vierte Schräge (60, 62) vorzugsweise einen symmetrisch zur Ebene (64) angeordneten zweiten Winkel einschließen, wobei der erste von der ersten und zweiten Schräge (56, 58) gebildete Winkel (66) vorzugsweise kleiner als der von der dritten und vierten Schräge (60, 62) gebildete zweite Winkel ist.
10. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur (44.1, 44.2, 44.3, 44.4, 44.5) rund, oval, rautenförmig, dreieckig oder nierenförmig ist.
11. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der von einer Kontaktfläche (68) abgewandten Stirnfläche (70) der Bürste (30) eine Schräge (72) für die Rollfeder (40) ausgebildet ist, die vorzugsweise mit der Ebene (64) einen Winkel von weniger als 90° einschließt.
12. Kraftstoffpumpe mir einer elektrischen Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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