WO2007006271A1

WO2007006271A1 - Widerstandsbauelement für eine elektrische maschine

Info

Publication number: WO2007006271A1
Application number: PCT/DE2006/001163
Authority: WO
Inventors: Alexander Gass; Udo Getta; Heiko Stahr
Original assignee: Temic Automotive Electric Motors Gmbh
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2006-07-05
Publication date: 2007-01-18
Also published as: EP1902510A1; US20080204188A1; DE102005032393A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Widerstandsbauelement (16, 36) für eine elektrische Maschine mit zumindest einem Widerstand (1, 21) und Isoliermaterial (5, 23, 25), wobei der Widerstand (1, 21) vom Isoliermaterial (3, 5, 23, 25) umgeben ist und das Widerstandsbauelement (16, 36) vorzugsweise als Hohlzylinder oder Hohlzylindersegment ausgestaltet ist, dessen Krümmungsradius dem Krümmungsradius eines Mantelgehäuses der elektrischen Maschine im Wesentlichen entspricht. Erfindungsgemäß weist das Widerstandsbauelement (16, 36) ein Befestigungselement (12, 32) auf.

Description

Widerstandsbauelement für eine elektrische Maschine

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Widerstandsbauelement für eine elektrische Maschine mit zumindest einem Widerstand und Isoliermaterial, wobei der Widerstand vom Isoliermaterial umgeben ist. Das Widerstandsbauelement ist vorzugsweise als Hohlzylinder oder Hohlzylindersegment ausgestaltet, dessen Krümmungsradius dem Krümmungsradius eines Mantelgehäuses der elektrischen Maschine im Wesentlichen entspricht. Femer betrifft die Erfindung eine Bürstenbrücke und eine elektrische Maschine mit einem derartigen Widerstandsbauelement.

Widerstandsbauelemente der gattungsgemäßen Art sind beispielsweise aus der EP 0 520 191 B1 und der DE 195 21 395 A1 bekannt.

Aus der EP 0 520 191 B1 ist eine Bürstenbrücke für einen Gleichstrom- Permanentmagnetmotor bekannt, die aus einem elektrisch isolierenden Material, d. h. Kunststoff, besteht. Diese Bürstenbrücke weist auf ihrer Trägerplatte einen Widerstand auf, der die Form eines Teiles eines Hohlzylinders hat. Vorzugsweise entspricht der Krümmungsradius des Widerstandes dem Krümmungsradius des Motorgehäuses, wobei die Außenfläche des Widerstandes mit der Innenfläche des Motorgehäuses in Kontakt steht. Die Form und Anordnung des Widerstands sorgen für eine gute Wärmeableitung vom Widerstand auf das Motorgehäuse. Allerdings ist die Wärmeleitfähigkeit von Kunststoff beschränkt.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 21 395 A1 ist ebenfalls eine Bürstenbrücke aus Kunststoff für einen Kollektormotor bekannt, die prinzipiell die gleiche Anordnung aufweist. Die Wärmeableitung vom Widerstand auf das Motorgehäuse wurde dadurch versucht zu verbessern, dass der Widerstand durch mindestens eine Feder derart beaufschlagt wird, dass die Außenfläche des Widerstandes an die Innenfläche des Motorgehäuses gedrückt wird. Die Verbesserung der Wärmeableitung kann dadurch nur in einem geringen Maß erfolgen, da auch hier die beschränkte Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffes vorliegt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Widerstandsbauelement der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Wärmeableitung vom Widerstand verbessert wird. Ferner soll es einfach und kostengünstig herzustellen sein. Weitere Aufgaben der Erfindung sind, eine Bürstenbrücke sowie eine elektrische Maschine mit einem derartigen Widerstandsbauelement bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 , 10, 11 und 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das Widerstandsbauelement besteht aus einem Widerstand und Isoliermaterial. Der Widerstand ist von dem Isoliermaterial allseitig dicht umgeben, wobei das Isoliermaterial aus mehreren Teilstücken, vorzugsweise aus zwei Teilstücken, besteht. Die Teilstücke haben vorzugsweise die Form eines Hohlzylindersegmentes und weisen den gleichen Krümmungsradius auf. Der Widerstand wird zwischen die zwei Teilstücke eingebracht und hat im eingebauten Zustand ebenfalls die Form eines Hohlzylindersegmentes. Die Form des Widerstandsbauelementes sorgt für eine gute Wärmeableitung vom Widerstandsbauelement auf ein Mantelgehäuse einer elektrischen Maschine.

Ein Hohlzylindersegment weist sechs Flächen auf. Es hat eine Innenfläche und eine Außenfläche, wobei die Außenfläche diejenige Fläche ist, die am Gehäuse der elektrischen Maschine anliegt. Die Innenfläche ist die zur Außenfläche gegenüberliegende Fläche. Die restlichen vier Flächen sind Seitenflächen, die die Innen- und Außenfläche begrenzen. Zwei Hohlzylindersegmente weisen somit insgesamt acht Seitenflächen auf. Damit der Widerstand allseitig dicht umschlossen ist, sind vorzugsweise an vier der insgesamt acht Seitenflächen der zwei Isoliermaterial-Hohlzylindersegmente Ansatzstücke ausgebildet. Die Ansatzstücke können wahlweise an einem Hohlzylindersegment oder verteilt an beiden Hohlzylindersegmenten, z. B. zwei Ansatzstücke an jedem Segment, ausgebildet sein. Die Ansatzstücke sind über die jeweils gesamte Seitenfläche im rechten Winkel ausgebildet und haben im Wesentlichen die gleiche Größe. Befinden sich alle vier Ansatzstücke an einem Segment, so sind diese alle in eine Richtung ausgebildet. Sind die Ansatzstücke dagegen auf zwei Segmente verteilt, weisen diese in entgegengesetzte Richtungen. Die aufgrund der Anschlussstücke entstehende Einbettung des Widerstandes sorgt für eine gute elektrische Isolierung des Widerstandes.

Mit mindestens einem Befestigungselement wird sowohl das Isoliermaterial am Widerstand als auch das Widerstandsbauelement an einem weiteren elektrischen Bauteil, vorzugsweise einer Bürstenbrücke, angeordnet. Das Befestigungselement ist so ausgebildet, dass es die Hohlzylindersegmente, in dem der Widerstand eingebettet ist, mittels klammerartigen Ausbildungen umschließt und zusammenhält. An den Hohlzylindersegmenten sind vorzugsweise Einkerbungen vorgesehen, welche die Lage des Befestigungselementes, insbesondere der klammerartigen Ausbildungen, fixieren. Weiterhin dient das Befestigungselementes dazu, das Widerstandsbauelement an einem weiteren elektrischen Bauteil, insbesondere einer Bürstenbrücke, anzuordnen. Das Widerstandsbauelement ist insbesondere für die Anbringung auf einer Bürstenbrücke eines Gleichstrommotors bestimmt. Diese Befestigung kann beispielsweise durch eine lösbare oder eine unlösbare Verbindung erfolgen. Dazu sind beispielsweise an der Bürstenbrücke Öffnungen vorgesehen, in die die entsprechenden Gegenstücke, wie beispielsweise Haltenasen, des Befestigungselementes gesteckt werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Befestigungselement so ausgebildet ist, dass es das Widerstandsbauelement zusätzlich noch an das Mantelgehäuse einer elektrischen Maschine drückt.

Vorzugsweise weist das Widerstandsbauelement innen liegende elektrische Anschlussstellen für den Widerstand auf. Dazu weist insbesondere jenes Hohlzylindersegment, das nicht am Mantelgehäuse der elektrischen Maschine anliegt, eine Ausbuchtung auf, die zur Mitte des weiteren elektrischen Bauteils, insbesondere der Bürstenbrücke, gerichtet ist. Diese Ausbuchtung weist zwei Öffnungen auf, durch die die elektrischen Anschlussstücke für den Widerstand gesteckt werden und dann innerhalb der Ausbuchtung im Widerstandsbauelement mit dem Widerstand verbunden werden. Durch solche innen liegende Anschlussstellen können, insbesondere bei elektrischen Maschinen offener Bauweise, Verschleißerscheinungen aufgrund von Korrosion bzw. Verzunderung sowie vorzeitige Materialermüdung der Anschlussstellen verhindert werden.

Vorteilhafterweise sind zumindest an einem Hohlzylindersegment Abstands- bzw. Kühlrippen ausgebildet, die für eine weitere Verbesserung der Wärmeableitung vom Widerstandsbauelement sorgen.

Vorzugsweise ist das Isoliermaterial im Wesentlichen aus Keramik, vorzugsweise aus Polymerkeramik, hergestellt. Polymerkeramiken sind Werkstoffe, die die Eigenschaften der elektrischen Isolationsfähigkeit sowie Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Es können aber auch andere Werkstoffe als Isoliermaterial mit den genannten Eigenschaften eingesetzt werden, wie beispielsweise temperaturfeste Kunststoffe.

Der Widerstand ist vorzugsweise als Mäander ausgebildet. Mäanderförmige Widerstände sind einfach mittels Stanzverfahren herzustellen.

Weiterhin weist eine Bürstenbrücke für eine elektrische Maschine ein erfindungsgemäßes Widerstandsbauelement auf. Die Bürstenbrücke ist vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt und so ausgebildet, dass sie verschiedene Elemente zur Anordnung der benötigten elektrischen Bauteile, wie beispielsweise Drosseln oder Kondensatoren, und elektrische Festkontakte aufweist. Mit besonderem Vorteil ist die Bürstenbrücke derart ausgebildet, dass das erfindungsgemäße Widerstandsbauelement einfach zu montieren ist.

Femer weist eine elektrische Maschine ein erfindungsgemäßes Widerstandsbauelement auf. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine ein Gleichstrommotor. Mit besonderem Vorteil ist das Widerstandsbauelement als Vorwiderstand zur ein- oder mehrstufigen Drehzahleinstellung des elektrischen Fahrzeugkühlerlüfters geeignet.

Außerdem weist eine elektrische Maschine eine Bürstenbrücke mit einem erfindungsgemäßen Widerstandsbauelement auf. Die Bürstenbrücke ist vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt und so ausgebildet, dass sie verschiedene Elemente zur Anordnung der benötigten elektrischen Bauteile, wie beispielsweise Drosseln oder Kondensatoren, und elektrische Festkontakte aufweist. Mit besonderem Vorteil ist die Bürstenbrücke derart ausgebildet, dass das erfindungsgemäße Widerstandsbauelement einfach zu montieren ist. In der nachfolgenden Beschreibung werden die Merkmale und Einzelheiten der Erfindung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei sind in einzelnen Varianten beschriebene Merkmale und Zusammenhänge grundsätzlich auf alle Ausführungsbeispiele übertragbar. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Widerstandsmäander eines erfindungsgemäßen

Widerstandsbauelementes gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels;

Fig. 2 ein erstes Hohlzylindersegment eines erfindungsgemäßen

Widerstandsbauelementes gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels;

Fig. 3 ein zweites Hohlzylindersegment eines erfindungsgemäßen Widerstandsbauelementes gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels;

Fig. 4 ein Befestigungselement eines erfindungsgemäßen

Widerstandsbauelementes gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels;

Fig. 5 ein erfindungsgemäßes Widerstandsbauelement gemäß eines ersten

Ausführungsbeispiels;

Fig. 6 einen Widerstandsmäander eines erfindungsgemäßen

Widerstandsbauelementes gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels; Fig. 7 ein erstes Hohlzylindersegment eines erfindungsgemäßen

Widerstandsbauelementes gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels;

Fig. 8 ein zweites Hohlzylindersegment eines erfindungsgemäßen Widerstandsbauelementes gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels;

Fig. 9 ein Befestigungselement eines erfindungsgemäßen

Widerstandsbauelementes gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels;

Fig. 10 ein erfindungsgemäßes Widerstandsbauelement gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels.

In Fig. 1 ist ein Widerstandsmäander 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Weiterhin sind die elektrischen Anschlussstellen 2 des Widerstandsmäanders 1 dargestellt. Der Widerstandsmäander 1 hat bereits im nicht eingebetteten Zustand die Form eines Hohlzylindersegmentes. Vor Einbettung muss der Widerstandsmäander 1 diese Form jedoch nicht aufweisen, d. h. er kann auch normal flächig ausgebildet sein. Durch die spätere Einbettung in nicht dargestelltes Isoliermaterial erhält er dann automatisch die Form eines Hohlzylindersegmentes.

In Fig. 2 ist ein erstes Isoliermaterial-Hohlzylindersegment 3 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Gut zu erkennen sind das Ansatzstück 4 sowie die Einkerbungen 13. Die Einkerbungen 13 dienen dazu, die Lage des nicht dargestellten Befestigungselementes, insbesondere der nicht dargestellten Klammerausbildungen, zu fixieren.

In Fig. 3 ist ein zweites Isoliermaterial-Hohlzylindersegment 5 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Das zweite Isoliermaterial-Hohlzylindersegment 5 weist die drei Ansatzstücke 6, 7 und 8 auf. Die Ansatzstücke 6, 7 und 8 sowie das in Fig. 2 gezeigte Ansatzstück 4 sorgen dafür, dass der Widerstandsmäander allseitig dicht umschlossen ist. Weiterhin weist das zweite Isoliermaterial-Hohlzyiindersegment 5 eine Ausbuchtung 9 auf. Die Ausbuchtung 9 weist zwei Öffnungen 10 auf, durch die die nicht gezeigten elektrischen Anschlussstücke für den Widerstandsmäander 1 gesteckt werden und dann innerhalb der Ausbuchtung 9 mit den nicht gezeigten Anschlussstellen des Widerstandsmäanders verbunden werden. Ferner sind die Abstands- bzw. Kühlrippen 11 zu erkennen.

In Fig. 4 ist ein Befestigungselement 12 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Befestigungselement 12 ist so ausgebildet, dass es die Klammerausbildungen 15 aufweist, wodurch es die nicht dargestellten zwei Isoliermaterial-Hohlzylindersegmente zusammenhält. Weiterhin hat das Befestigungselement 12 die Haltenasen 14. Mittels dieser Haltenasen 14 wird das nicht dargestellte Widerstandsbauelement an einem weiteren elektrischen Bauelement, vorzugsweise einer Bürstenbrücke, angeordnet. Diese Anordnung kann beispielsweise durch eine lösbare oder eine unlösbare Schnappverbindung erfolgen. Dazu sind auf einer nicht dargestellten Bürstenbrücke Öffnungen vorgesehen, in die die Haltenase 14 des Befestigungselementes 12 geführt werden.

In Fig. 5 ist ein erfindungsgemäßes Widerstandsbauelement 16 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Widerstandsbauelement 16 hat die Form eines Hohlzylinders oder Hohlzylindersegmentes, dessen Krümmungsradius dem Krümmungsradius eines Mantelgehäuses einer elektrischen Maschine im Wesentlichen entspricht. Mittels des Befestigungselementes 12, insbesondere der Haltenasen 14, kann die Anordnung des Widerstandsbauelementes 16 an einer nicht dargestellten Bürstenbrücke bzw. einer nicht dargestellten elektrischen Maschine erfolgen. Mit den Klammerausbildungen 15 werden die Isoliermaterial- Hohlzylindersegmente 3 und 5 umschlossen und zusammengehalten.

In Fig. 6 ist ein Widerstandsmäander 21 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Weiterhin sind die elektrischen Anschlussstellen 22 des Widerstandsmäanders 21 dargestellt. Der Widerstandsmäander 21 weist zwei Teilflächen auf, die senkrecht zueinander angeordnet sind. Dieses führt zu einer Vergrößerung der aktiven Widerstandsoberfläche und damit zu einer geringeren Wärmeentwicklung am Mäander. Der Widerstandsmäander 21 hat bereits im nicht eingebetteten Zustand die Form eines Hohlzylindersegmentes. Vor Einbettung muss der Widerstandsmäander 21 diese Form jedoch nicht aufweisen, d. h. er kann auch normal flächig ausgebildet sein. Durch die spätere Einbettung in nicht dargestelltes Isoliermaterial erhält er dann automatisch die Form eines Hohlzylindersegmentes. In Fig. 7 ist ein erstes Isoliermaterial-Hohlzylindersegment 23 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Gut zu erkennen sind die Ansatzstücke 24, 26 und 27. Die zweiteilige Ausführung des in Fig. 6 gezeigten Widerstandsmäanders 21 ermöglicht zusätzlich eine größere Kühlfläche am Isoliermaterial- Hohlzylindersegment 23 und am in Fig. 7 dargestellten Isoliermaterial- Hohlzylindersegment 25.

In Fig. 8 ist ein zweites Isoliermaterial-Hohlzylindersegment 25 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Das zweite Isoliermaterial-Hohlzylindersegment 25 weist das Ansatzstück 28 auf. Weiterhin weist das zweite Isoliermaterial- Hohlzylindersegment 25 eine Ausbuchtung 29 auf. Die Ausbuchtung 29 weist zwei Öffnungen 30 auf, durch die die nicht gezeigten elektrischen Anschlussstücke für den Widerstandsmäander 21 gesteckt werden und dann innerhalb der Ausbuchtung 29 mit den nicht gezeigten Anschlussstellen des Widerstandsmäanders verbunden werden.

In Fig. 9 ist ein Befestigungselement 32 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Befestigungselement 32 ist so ausgebildet, dass es die Klammerausbildung 35 aufweist, wodurch es die nicht dargestellten zwei Isoliermaterial-Hohlzylindersegmente zusammenhält. Ferner weist das Befestigungselement 32 die Haltenase 34 auf. Mittels dieser Haltenase 34 wird das nicht dargestellte Widerstandsbauelement an einem weiteren, nicht dargestellten, elektrischen Bauelement, vorzugsweise einer Bürstenbrücke, angeordnet. Diese Anordnung kann beispielsweise durch eine lösbare oder eine unlösbare Schnappverbindung erfolgen. Dazu sind auf einer nicht dargestellten Bürstenbrücke eine oder mehrere Öffnungen vorgesehen, in die die Haltenase 34 des Befestigungselementes 32 geführt wird. In Fig. 10 ist ein erfindungsgemäßes Wϊderstandsbauelement 36 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Widerstandsbauelement 36 hat die Form eines Hohlzylinders oder Hohlzylindersegmentes, dessen Krümmungsradius dem Krümmungsradius eines Mantelgehäuses einer elektrischen Maschine im Wesentlichen entspricht. Mittels der Befestigungselemente 32, insbesondere der Haltenasen 34, kann die Anordnung des Widerstandsbauelementes 36 an einer nicht dargestellten Bürstenbrücke bzw. einer nicht dargestellten elektrischen Maschine erfolgen. Mit den Klammerausbildungen 35 werden die Isoliermaterial- Hohlzylindersegmente 23 und 25 umschlossen und zusammengehalten.

Bezugszeichenliste

1 Widerstandsmäander

2 Anschlussstellen

3 Erstes Isoliermaterial-Hohlzylindersegment

4 Ansatzstück

5 Zweites Isoliermaterial-Hohlzylindersegment

6 Ansatzstück

7 Ansatzstück

8 Ansatzstück

9 ^" Ausbuchtung

10 Öffnungen

11 Abstands- bzw. Kühlrippen

12 Befestigungselement

13 Einkerbungen

14 Haltenasen

15 Klammerausbildungen

16 Widerstandsbauelement

21 Widerstandsmäander (zweiteilig)

22 Anschlussstellen

23 Erstes Isoliermaterial-Hohlzylindersegment

24 Ansatzstück

25 Zweites Isoliermaterial-Hohlzylindersegment

26 Ansatzstück

27 Ansatzstück

28 Ansatzstück

29 Ausbuchtung

30 Öffnungen Bθfestigungselement Einkerbungen Haltenase Klammerausbildung Widerstandsbauelement

Claims

Patentansprüche

1. Widerstandsbauelement (16, 36) für eine elektrische Maschine mit zumindest einem Widerstand (1 , 21) und Isoliermaterial, wobei der Widerstand (1 , 21) vom Isoliermaterial umgeben ist und das Widerstandsbauelement (16, 36) vorzugsweise als Hohlzylinder oder Hohlzylindersegment ausgestaltet ist, dessen Krümmungsradius dem Krümmungsradius eines Mantelgehäuses der elektrischen Maschine im Wesentlichen entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsbauelement (16, 36) ein Befestigungselement (12, 32) aufweist.

2. Widerstandsbauelement (16, 36) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsbauelement (16, 36) innen liegende elektrische Anschlussstellen (2, 22) aufweist.

3. Widerstandsbauelement (16, 36) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Isoliermaterial aus zwei Hohlzylindersegmenten (3, 5, 23, 25) besteht.

4. Widerstandsbauelement (16, 36) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der aus Isoliermaterial bestehenden Hohlzylindersegmenten (5, 25) eine Ausbuchtung (9, 29) aufweist.

5. Widerstandsbauelement (16, 36) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der aus Isoliermaterial bestehenden Hohlzylindersegmenten (5, 25) Öffnungen (10, 30) zur Aufnahme von elektrischen Anschlüssen aufweist.

6. Widerstandsbauelement (16, 36) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der aus Isoliermaterial bestehenden Hohlzylindersegmenten (5, 25) Abstands- bzw. Kühlrippen (11) aufweist.

7. Widerstandsbauelement (16, 36) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Isoliermaterial (3, 5, 23, 25) im Wesentlichen aus Keramik, vorzugsweise aus Polymerkeramik, hergestellt ist.

8. Widerstandsbaueiement (16, 36) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (1 , 21) als Mäander ausgebildet ist.

9. Widerstandsbauelement (36) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (21) als mehrteiliger Mäander mit zumindest zwei räumlich zueinander angeordneten Teilflächen ausgebildet ist.

10. Bürstenbrücke für elektrische Maschinen, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürstenbrücke ein Widerstandsbauelement (16, 36) nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche aufweist.

11. Elektrische Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine ein Widerstandsbauelement (16, 36) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.

12. Elektrische Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine eine Bürstenbrücke nach Anspruch 10 aufweist.