WO2008031652A1 - Kommutierungsvorrichtung für einen gleichstrommotor - Google Patents

Kommutierungsvorrichtung für einen gleichstrommotor Download PDF

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WO2008031652A1
WO2008031652A1 PCT/EP2007/057143 EP2007057143W WO2008031652A1 WO 2008031652 A1 WO2008031652 A1 WO 2008031652A1 EP 2007057143 W EP2007057143 W EP 2007057143W WO 2008031652 A1 WO2008031652 A1 WO 2008031652A1
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WO
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commutator
electromagnetic shielding
motor
shielding means
commutation device
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Application number
PCT/EP2007/057143
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English (en)
French (fr)
Inventor
Achim Hawighorst
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/02—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for suppression of electromagnetic interference
    • H02K11/026—Suppressors associated with brushes, brush holders or their supports

Definitions

  • the invention relates to a commutation device for a DC motor according to the preamble of the independent claim.
  • DC motors are used for example for auxiliary, variable and / or comfort drives.
  • Such motors have a commutator for alternately energizing the associated with the commutator of the commutator coils of an armature winding.
  • bristle fire there is generally a so-called bristle fire between the
  • a commutator for an electrical machine in particular for a DC motor, shown having an insulator and a plurality of fixed thereto, in the circumferential direction with gap spacing side by side arranged commutator bars with connection hook for an armature winding and a coaxially arranged Entstörrion having terminal electrodes of the suppressor are electrically connected to the commutator bars.
  • the suppression disc is located in the immediate vicinity of the connection hooks and mechanically and electrically attached to the commutator directly or via a punched grid.
  • the commutation device according to the invention for a DC motor with a plurality of
  • an electromagnetic shielding means is arranged around the commutator such that it covers at least the region of a brush fire arising at the point of attachment of the brushes on the commutator laminations.
  • an electromagnetic shielding means is arranged around the commutator such that it covers at least the region of a brush fire arising at the point of attachment of the brushes on the commutator laminations.
  • the electromagnetic shielding means advantageously extends in the axial direction of the commutator at least over the length of the commutator blades in order to achieve the highest possible attenuation of the interference emissions.
  • the electromagnetic shielding means on recesses, which are provided for example for the brushes. This allows a mechanical connection of the electromagnetic shielding with the brush holder and / or a housing of the DC motor such that it at least partially in the radial direction of the commutator between the commutator and can be arranged the brush holder. Furthermore, the recesses can also cause cooling of the commutator by a corresponding air circulation.
  • Shielding means surrounds the commutator only over parts of its circumference. This is particularly advantageous if the DC motor is located at a location where only a damping of the jets in a particular direction is required, or if the DC motor already has a housing that at least partially made of metal or a metal-coated or permeated
  • Plastic material exists.
  • a partial enclosure of the commutator allows easier cooling of the same.
  • the electromagnetic shielding means is electrically connected to a voltage potential, an effective recording and in a particularly advantageous manner
  • the electromagnetic shielding means consists of at least one metal sheet.
  • the electromagnetic shielding means from a plurality of individual metal sheets, which are then connected to one another in an electrically conductive manner.
  • metal sheets also offer the advantage of a better
  • the electromagnetic shielding means can also consist of a metallically vapor-deposited or interspersed plastic material, which is configured in one piece or from several individual parts. - A -
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a rotor or armature of a DC motor with the commutating device according to the invention
  • Fig. 2 a schematic representation of the invention
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a section of the commutating device according to the invention in a side view
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment of the commutating device according to the invention in a side view according to FIG. 3 and FIG
  • FIGS. 5 to 7 each show an exemplary embodiment of an electromagnetic shielding means.
  • an armature or rotor 10 (hereinafter always the term anchor is used) of a DC motor shown in a known manner rotatably mounted on an armature shaft 11, laminated anchor body 12 with an inserted in grooves of the anchor body 12 armature winding 14 and a Comutator 16 connected to the armature winding 14 has.
  • carbon brushes 18 also called brushes for simplicity
  • brush compression springs 22 are pressed onto the commutator 16.
  • the quiver 20 and, consequently, the brushes 18 are arranged on a brush holder 23 such that to achieve a rotational movement of the armature shaft 11 at a defined speed and / or torque defined a current flow from a positive pole of a DC power source not shown by the corresponding coils of the armature winding 14 takes place to a negative pole of the DC power source.
  • the brush 18 via
  • the commutator 16 consists of a cylindrical insulating body 26 (see Figures 2 to 4), which is rotatably mounted on the armature shaft 11 of the armature 10.
  • a plurality of anchored commutator bars 28 are arranged side by side in the circumferential direction with gap spacing. These each have a connection hook 30, are mounted in the known manner, the coils of the armature winding 14 and mechanically and electrically connected thereto, the compound usually in the so-called hot staking - a hot pressing process in which the originally projecting connecting hooks 30 on the Commutator 28 are pressed and at the same time in the area of the connection hooks 30, the insulation of the armature winding wire melts - takes place.
  • an electromagnetic shielding means 32 is arranged around the commutator 16 such that it forms at least the area of the brush fire arising at the receptor point 34 (see FIGS.
  • the electromagnetic Shielding means 32 should therefore surround the commutator 16 as close as possible. On the other hand, however, a gap between the commutator bars 28, in particular the louver hooks 30, and the electromagnetic shielding means 32 must remain in order to avoid possible manufacturing tolerances and consequently short circuits between the commutator bars 28. In addition, by an appropriate
  • Design of the gap ensures cooling of the commutator 16 and sufficient erosion of Bürstenabbrandes.
  • FIG. 1 also shows that the electromagnetic shielding means 32 is connected to the brush holder 23 in such a way that it is in the radial direction of the brush
  • Commutator 16 is at least partially disposed between the commutator 16 and the brush holder 23.
  • the electromagnetic shielding means 32 by means of a glued, screwed, riveted, welded connection or the like via a suitably designed fastening means 36, which will be discussed in more detail in connection with Figures 5 to 7, be attached to the brush holder 23.
  • the electromagnetic shielding means 32 has recesses 38 through which the brushes 18 pass. In this way, a very tight Ummantellung of
  • Commutator 16 by the electromagnetic shielding 32 possible.
  • the commutator 16 with the commutator blades 28 and the brush holder 23 with the brushes 20 resiliently mounted in the quivers 20 and the electromagnetic shielding means 32 are components of the commutating device according to the invention
  • FIG. 2 shows a top view of the commutation device 40 on the section AA 'shown in FIG. Evident is the rotatably mounted on the armature shaft 11
  • Commutator 16 with distributed over the circumference, attached to the jacket of the insulator 26 commutator 28, each having a connection hook 30 for electrical contact with the coils of the armature winding 14.
  • the commutator 16 is fully surrounded by the electromagnetic Shielding means 32, which is fastened by means of the fastening means 36 as described above to the brush holder 23 and at least partially disposed between the commutator 16 and brush holder 23.
  • the brushes 18 are axially displaceably guided in quivers 20 oriented radially to the commutator 16 and fastened on the brush holder 23 and pressed onto the commutator 16 by means of the brush pressure springs 22 through the recesses 38 of the electromagnetic shielding means 32.
  • the commutation device 40 has three brushes 18. This is useful when the DC motor is a multi-stage wiper motor, for example, for two different
  • the electromagnetic shielding means 32 consists of a metal sheet, for example, via the fastening means 36 and over
  • Conductor tracks 42 of the brush holder 23 is electrically connected to a voltage potential.
  • the respective Kommutatorlamelle 28 and the electromagnetic shielding means 32 therefore correspond to a capacitor with a low capacitance, which acts for the pulse-like and thus high-frequency signals such as a short circuit.
  • the electromagnetic shielding means 32 may also consist of a metal-coated or - trimmoren plastic, which is correspondingly connected to the brush holder 23 and the strip conductors 42 thereon.
  • other connecting means such as cables, etc. may be used instead of the tracks 42.
  • FIG. 3 shows a side view of the commutation device 40 in a section through the center of the armature shaft 11. Since the arrangement corresponds to that of Figure 2, it should be dispensed with their re-description. In contrast to FIG. 1, however, FIG. 3 provides a better illustration of the receptor point 34 of the brushes 18 on the Kommutatorlamellen 28.
  • the electromagnetic shielding 32 in the axial direction of the commutator 16 extends approximately over the length of the commutator 28. But it is also possible that the electromagnetic shielding means 32 only has a length which covers the area of the brush fire arising at the Aufddling 34. Likewise, the electromagnetic shielding means 32 may also be formed significantly longer than the commutator bars 28.
  • the electromagnetic shielding means 32 is fastened by means of the fastening means 36 to a housing 42 of the DC motor.
  • the housing 42 can be at the voltage potential, for example a ground potential, so that the use of conductor tracks 42 on the brush carrier 23 is possible but not necessary.
  • the armature shaft 11 is guided by a fixed at its end ball bearing 44 in the radial direction. In order to avoid axial movement, it is also possible to provide a bearing mirror 46 fastened to the housing 42. Alternatively, it is also possible that the armature shaft 11 is still clearly above the
  • Commutator 16 also extends. This is the case, for example, if it is still a spindle to drive a transmission to be attached.
  • the housing 42 may be formed in this case as a transmission housing, with which the electromagnetic shielding means 32 is mechanically and / or electrically connected.
  • Figures 5 to 7 show different embodiments of the electromagnetic shielding means 32.
  • the recesses 38 for the brush 18 has even more recesses 38, on the one effect cooling of the commutator 16 and / or ensure removal of Bürstenabbrands and another allow partial attenuation of the interference emissions, for example, if the housing 42 of the DC motor is designed to be partially electromagnetic self-damping.
  • the fixing means 36 can be cut out and bent directly from the electromagnetic shielding means 32.
  • the number and arrangement of the fastening means 36 is dependent on the stability of the electromagnetic shielding means 32 and can be arbitrary depending on the given Space conditions are varied.
  • a corresponding embodiment of the fastening means 36 is also possible for a metal-coated or - malzogenes plastic material.
  • the number and shape of the recesses 38 may vary depending on the respective
  • Recesses 38 may of course be designed as deultich narrower slots. In addition, it is possible to modify the number and shape of the recesses 38 for the brushes 18 as required or desired without limiting the invention.
  • FIG. 7 shows an electromagnetic shielding means 32 that consists of several individual parts which are fixed to the brush holder 23 and / or the housing 42 by means of the respective fastening means 36. Also in this case, a cover of at least the area of the Auftician 34 of the brush 18 on the Kommutatorlamellen 28 resulting brush fire is ensured, even if the electromagnetic shielding 32, the commutator 16 only over parts of his
  • Such a configuration may be advantageous, for example, when the housing 42 of the DC motor in the region of the largest recess 38 of the electromagnetic shielding 32 itself serves as a shield or, if special requirements for the cooling of the commutator 16, especially in a very high-speed DC motor, provided become.

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Abstract

Vorgeschlagen wird eine Kommutierungsvorrichtung (40) für einen Gleichstrommotor, mit einem eine Mehrzahl von Kommutatorlamellen (28) aufweisenden Kommutator (16) und mit auf einem Bürstenträger (23) angeordneten Bürsten (18) zur elektrischen Kontaktierung der Kommutatorlamellen (28). Die Kommutierungsvorrichtung (40) ist dadurch gekennzeichnet, dass ein elektromagnetisches Abschirmmittel (32) derart um den Kommutator (16) angeordnet ist, dass es zumindest den Bereich eines am Aufpunkt (34) der Bürsten (18) auf den Kommutatorlamellen (28) entstehendes Bürstenfeuers abdeckt.

Description

Beschreibung
Titel
Kommutierungsvorrichtung für einen Gleichstrommotor
Die Erfindung betrifft eine Kommutierungsvorrichtung für einen Gleichstrommotor nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Stand der Technik
In Kraftfahrzeugen werden Gleichstrommotoren beispielsweise für Hilfs-, Stell- und/oder Komfortantriebe eingesetzt. Derartige Motoren weisen einen Kommutator zur abwechselnden Bestromung der mit den Kommutatorlamellen des Kommutators verbundenen Spulen einer Ankerwicklung auf. Während des Kommutierungsvorgangs kommt es jedoch im Allgemeinen zu einem so genannten Bürstenfeuer zwischen den
Kommutatorlamellen und den mit ihnen wechselweise elektrisch verbundenen und mit einer Gleichspannungsquelle kontaktierten Kohlebürsten. Dieses Bürstenfeuer kann Störungen im Lang-, Mittel-, Kurz- und Ultrakurzwellenbereich bewirken, die es aufgrund der zunehmend in Kraftfahrzeugen verbauten elektronischen Bauteile zu vermeiden bzw. zu dämpfen gilt. Daher ist es erforderlich, hohe Anforderungen an die
Gleichstrommotoren hinsichtlich ihrer elektromagnetischen Verträglichkeit zu stellen.
Aus der DE-A- 103 18 734 ist eine Entstörleitplatte für eine elektrische Maschine bekannt, welche mit SMD-Bauteilen bestückt ist, wobei die SMD-Bauteile als Entstörbauteile ausgebildet sind, um elektrische Störungen zu dämpfen.
Weiterhin ist in der DE-A- 102 09 114 ein Kommutator für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Gleichstrommotor, gezeigt, der einen Isolierkörper und eine Vielzahl von auf diesem festgelegten, in Umfangrichtung mit Spaltabstand nebeneinander angeordneten Kommutatorlamellen mit Anschlusshaken für eine Ankerwicklung sowie eine koaxial angeordnete Entstörscheibe aufweist, wobei Anschlusselektroden der Entstörscheibe mit den Kommutatorlamellen elektrisch leitend verbunden sind. Zur Rationalisierung der Kommutatorfertigung ist die Entstörscheibe in unmittelbarer Nähe der Anschlusshaken angeordnet und an den Kommutatorlamellen direkt oder über ein Stanzgitter mechanisch und elektrisch befestigt.
Offenbarung der Erfindung
Gegenüber dem genannten Stand der Technik weist die erfindungsgemäße Kommutierungsvorrichtung für einen Gleichstrommotor, mit einem eine Mehrzahl von
Kommutatorlamellen aufweisenden Kommutator und mit auf einem Bürstenträger angeordneten Bürsten zur elektrischen Kontaktierung der Kommutatorlamellen den Vorteil auf, dass eine sehr wirksame Abschirmung in unmittelbarer Nähe des Kommutators möglich ist ohne die Notwendigkeit aufwändiger elektronischer Entstörschaltungen oder baulicher Veränderungen am sich im Betrieb des
Gleichstrommotors drehenden Kommutator. Dazu ist ein elektromagnetisches Abschirmmittel derart um den Kommutator angeordnet, dass es zumindest den Bereich eines am Aufpunkt der Bürsten auf den Kommutatorlamellen entstehenden Bürstenfeuers abdeckt. Auf diese Weise bietet sich zudem der Vorteil einer sehr kompakten Bauform des elektromagnetischen Abschirmmittels. Weiterhin resultiert hieraus die Möglichkeit, ein Gehäuse für den Gleichstrommotor zu verwenden, das zumindest teilweise aus Kunststoff besteht und eine nicht unerhebliche Gewichts- sowie Kostenersparnis bietet.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale sowie aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung.
So erstreckt sich das elektromagnetische Abschirmmittel in vorteilhafter Weise in axialer Richtung des Kommutators mindestens über die Länge der Kommutatorlamellen, um eine möglichst hohe Dämpfung der Störemissionen zu erzielen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das elektromagnetische Abschirmmittel Aussparungen auf, die beispielsweise für die Bürsten vorgesehen sind. Dies gestattet eine mechanische Verbindung des elektromagnetischen Abschirmmittels mit dem Bürstenträger und/oder einem Gehäuse des Gleichstrommotors derart, dass es in radialer Richtung des Kommutators zumindest abschnittsweise zwischen dem Kommutator und dem Bürstenträger angeordnet werden kann. Weiterhin können die Aussparungen auch eine Kühlung des Kommutators durch eine entsprechende Luftzirkulation bewirken.
Obwohl das Bürstenfeuer im Wesentlichen nur an den Stellen auftritt, an denen die Bürsten im wechselweisen elektrischen Kontakt mit den Kommutatorlamellen treten, ergibt sich ein Vorteil, wenn das elektromagnetische Abschirmmittel den Kommutator in vollem Umfang umschließt; und zwar derart, dass eine Dämpfung der elektrischen Störemissionen in alle Richtungen des Gleichstrommotors nahezu gleichermaßen erfolgt.
In einer alternativen Ausgestaltung ist es aber auch möglich, dass das elektromagnetische
Abschirmmittel den Kommutator lediglich über Teile seines Umfangs umschließt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn sich der Gleichstrommotor an einem Einbauort befindet, an dem lediglich eine Dämpfung der Störstrahlen in eine bestimmte Richtung erforderlich ist, oder wenn der Gleichstrommotor bereits ein Gehäuse aufweist, dass zumindest teilweise aus Metall oder einem metallbedampften bzw. -durchsetzten
Kunststoffmaterial besteht. Darüber hinaus erlaubt eine teilweise Umschließung des Kommutators eine einfachere Kühlung desselben.
Wird das elektromagnetische Abschirmmittel elektrisch mit einem Spannungspotential verbunden, so ist in besonders vorteilhafter Weise eine effektive Aufnahme und
Ableitung der Störemissionen möglich. Eine derartige Verschärfung führt somit zu einer Unterdrückung schneller impulsartiger Störungen, da die resultierende Kapazität zwischen dem Kommutator und dem elektromagnetischen Abschirmmittel bei hohen Frequenzen einen Kurzschluss bewirkt.
Eine möglichst hohe Dämpfung der Störemissionen wird erzielt, wenn das elektromagnetische Abschirmmittel aus zumindest einem Metallblech besteht. Ebenso ist es auch möglich, das elektromagnetische Abschirmmittel aus mehreren, einzelnen Metallblechen herzustellen, die dann elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Neben der guten Abschirmwirkung bieten Metallbleche zudem den Vorteil einer besseren
Wärmeabfuhr. Steht dagegen eine Gewichtsersparnis im Vordergrund, so kann das elektromagnetische Abschirmmittel aber auch aus einem metallisch bedampften oder durchsetzten Kunststoffmaterial bestehen, das einstückig oder aus mehreren Einzelteilen ausgestaltet ist. - A -
Zeichnung
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 7 beispielhaft erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit einer gleichen Funktionsweise hindeuten. Die Figuren der Zeichnung, deren Beschreibung sowie die
Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Ein Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln betrachten und zu weiteren sinnvollen Kombinationen zusammenfassen. Insbesondere wird ein Fachmann auch die Merkmale aus unterschiedlichen Ausführungsbeispielen zu weiteren sinnvollen Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen
Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines Rotors oder Ankers eines Gleichstrommotors mit der erfindungsgemäßen Kommutierungsvorrichtung,
Fig. 2: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Kommutierungsvorrichtung in einer Draufsicht des in der Figur 1 angegebenen Schnitts AA',
Fig. 3 : eine schematische Darstellung eines Schnitts der erfindungsgemäßen Kommutierungsvorrichtung in einer Seitenansicht,
Fig. 4: eine alternative Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Kommutierungsvorrichtung in einer Seitenansicht gemäß Figur 3 und
Fig 5 bis Fig 7: jeweils ein Ausführungsbeispiel für ein elektromagnetisches Abschirmmittel.
In Figur 1 ist ein Anker oder Rotor 10 (im Folgenden wird stets der Begriff Anker verwendet) eines Gleichstrommotors gezeigt, der in bekannter Weise einen auf einer Ankerwelle 11 drehfest angeordneten, lamellierten Ankerkörper 12 mit einer in Nuten des Ankerkörpers 12 eingelegten Ankerwicklung 14 sowie einen an die Ankerwicklung 14 angeschlossenen Kommutator 16 aufweist. Für die wechselweise Stromzufuhr der einzelnen Spulen der Ankerwicklung 14 liegen auf den Umfang des Kommutators 16 Kohlebürsten 18 (der Einfachheit halber auch Bürsten genannt) auf, die in räumlich feststehenden, radial zum Kommutator 16 ausgerichteten Köchern 20 axial verschiebbar geführt sind und von Bürstenandruckfedern 22 (siehe Figuren 2 bis 4) auf den Kommutator 16 aufgepresst werden. Die Köcher 20 und demzufolge auch die Bürsten 18 sind auf einem Bürstenträger 23 derart angeordnet, dass zur Erzielung einer Drehbewegung der Ankerwelle 11 mit einer definierten Drehzahl und/oder einem definierten Drehmoment ein Stromfluss von einem Pluspol einer nicht gezeigten Gleichstromquelle durch die entsprechenden Spulen der Ankerwicklung 14 zu einem Minuspol der Gleichstromquelle erfolgt. Zu diesem Zweck sind die Bürsten 18 über
Leitungen 24 mit der Gleichstromquelle verbunden.
Der Kommutator 16 besteht aus einem zylindrischen Isolierkörper 26 (siehe Figuren 2 bis 4), der drehfest auf der Ankerwelle 11 des Ankers 10 befestigt ist. Auf dem Mantel des Isolierkörpers 26 sind nebeneinander in Umfangsrichtung mit Spaltabstand eine Vielzahl von verankerten Kommutatorlamellen 28 angeordnet. Diese weisen jeweils einen Anschlusshaken 30 auf, in den in bekannter Weise die Spulen der Ankerwicklung 14 eingehängt und mit diesem mechanisch und elektrisch verbunden sind, wobei die Verbindung üblicherweise im so genannten hot staking - einem Heißpressverfahren, bei dem die ursprünglich abstehenden Anschlusshaken 30 auf die Kommutatorlamellen 28 aufgedrückt werden und dabei gleichzeitig im Bereich der Anschlusshaken 30 die Isolation des Ankerwicklungsdrahts abschmilzt - erfolgt.
Während des Betriebs des Gleichstrommotors entstehen bei jeder Kommutierung, also beim Stromübergang zweier benachbarter Kommutatorlamellen 28, Funken, da die jeweils mit den Kommutatorlamellen 28 verbundenen Spulen der Ankerwicklung 14 für eine sehr kurze Zeitspanne von den Bürsten 18 kurzgeschlossen werden und dann deren Kurzschluss wieder aufgerissen wird. Diese als Bürstenfeuer bezeichnete Funkenbildung führt zu einer Verringerung der Lebensdauer infolge Kontaktabbrand an den Bürsten 18 und zu einer elektromagnetischen Störabstrahlung. Um diese Störemission zu vermeiden oder zumindest zu dämpfen, ist nun erfindungsgemäß ein elektromagnetisches Abschirmmittel 32 derart um den Kommutator 16 angeordnet, dass es zumindest den Bereich des am Aufpunkt 34 (vgl. Figuren 2 bis 4) der Bürsten 18 auf den Kommutatorlamellen 28 entstehenden Bürstenfeuers abdeckt. Das elektromagnetische Abschirmmittel 32 sollte demnach den Kommutator 16 so dicht wie möglich umgeben. Andererseits muss jedoch auch ein Spalt zwischen den Kommutatorlamellen 28, insbesondere den Lamellenhaken 30, und dem elektromagnetischen Abschirmmittel 32 verbleiben, um eventuelle Fertigungstoleranzen und demzufolge Kurzschlüsse zwischen den Kommutatorlamellen 28 zu vermeiden. Zudem ist durch eine entsprechende
Auslegung des Spalts eine Kühlung des Kommutators 16 sowie eine ausreichende Abtragung des Bürstenabbrandes gewährleistet.
Figur 1 ist weiterhin zu entnehmen, dass das elektromagnetische Abschirmmittel 32 derart mit dem Bürstenträger 23 verbunden ist, dass es in radialer Richtung des
Kommutators 16 zumindest abschnittsweise zwischen dem Kommutator 16 und dem Bürstenträger 23 angeordnet ist. Dabei kann des elektromagnetische Abschirmmittel 32 mittels einer Kleb-, Schraub-, Niet-, Schweißverbindung oder dergleichen über ein entsprechend ausgelegtes Befestigungsmittel 36, auf das im Zusammenhang mit den Figuren 5 bis 7 noch näher eingegangen werden soll, an dem Bürstenträger 23 befestigt sein.
Damit die Bürsten 18 in elektrischen Kontakt mit den Kommutatorlamellen 28 treten können, weist das elektromagnetische Abschirmmittel 32 Aussparungen 38 auf, durch die die Bürsten 18 hindurchtreten. Auf diese Weise ist eine sehr enge Ummantellung des
Kommutators 16 durch das elektromagnetische Abschirmmittel 32 möglich.
Der Kommutator 16 mit den Kommutatorlamellen 28 sowie der Bürstenträger 23 mit den darauf in den Köchern 20 federnd gelagerten Bürsten 18 und das elektromagnetische Abschirmmittel 32 sind Bestandteile der erfindungsgemäßen Kommutierungsvorrichtung
40, auf die im Folgenden im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 7 näher eingegangen werden soll.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht der Kommutierungsvorrichtung 40 an dem in der Figur 1 dargestellten Schnitt AA'. Zu erkennen ist der auf der Ankerwelle 11 drehfest montierte
Kommutator 16 mit den über den Umfang verteilten, an dem Mantel des Isolierkörpers 26 befestigten Kommutatorlamellen 28, die jeweils einen Anschlusshaken 30 zur elektrischen Kontaktierung mit den Spulen der Ankerwicklung 14 aufweisen. Der Kommutator 16 ist in vollem Umfang umgeben von dem elektromagnetischen Abschirmmittel 32, das mittels der Befestigungsmittel 36 wie oben beschrieben an dem Bürstenträger 23 befestigt und zumindest abschnittsweise zwischen Kommutator 16 und Bürstenträger 23 angeordnet ist. Die Bürsten 18 werden in radial zum Kommutator 16 ausgerichteten, und auf dem Bürstenträger 23 befestigten Köchern 20 axial verschiebbar geführt und mittels der Bürstenandruckfedern 22 durch die Aussparungen 38 des elektromagnetischen Abschirmmittels 32 hindurch auf den Kommutator 16 aufgepresst.
In dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Kommutierungsvorrichtung 40 drei Bürsten 18 auf. Dies ist dann zweckmäßig, wenn der Gleichstrommotor beispielsweise ein mehrstufiger Wischermotor ist, der für zwei unterschiedliche
Drehzahlen ausgelegt sein muss. Die Anzahl der Bürsten 18 ist jedoch nicht einschränkend für die Erfindung zu verstehen. So ist es ebenso möglich, das elektromagnetische Abschirmmittel 32 für einen Gleichstrommotor mit nur zwei oder mit mehr als drei Bürsten 18 zu verwenden.
Kommt es infolge der Kommutierung zu einem Bürstenfeuer am Aufpunkt 34 der Bürsten 18 auf den Kommutatorlamellen 28, so entstehen elektromagnetische Störstrahlungen, die es mit Hilfe des elektromagnetischen Abschirmmittels 32 zu dämpfen bzw. zu unterdrücken gilt. Dazu besteht das elektromagnetische Abschirmmittel 32 aus einem Metallblech das beispielsweise über die Befestigungsmittel 36 und über
Leiterbahnen 42 des Bürstenträgers 23 elektrisch mit einem Spannungspotential verbunden ist. Die jeweilige Kommutatorlamelle 28 und das elektromagnetische Abschirmmittel 32 entsprechen daher einem Kondensator mit geringer Kapazität, der für die impulsartigen und damit hochfrequenten Signale wie ein Kurzschluss wirkt. In einer alternativen Ausgestaltung kann das elektromagnetische Abschirmmittel 32 auch aus einem metallbedampften oder -durchsetzten Kunststoff bestehen, der entsprechend mit dem Bürstenträger 23 und den sich darauf befindenden Leiterbahnen 42 verbunden ist. Statt der Leiterbahnen 42 können natürlich auch andere Verbindungsmittel wie Kabel, etc. zum Einsatz kommen.
In Figur 3 ist eine Seitenansicht der Kommutierungsvorrichtung 40 in einem Schnitt durch den Mittelpunkt der Ankerwelle 11 gezeigt. Da die Anordnung derjeniegen aus Figur 2 entspricht, soll auf ihre erneute Beschreibung verzichtet werden. Im Unterschied zu Figur 1 bietet Figur 3 jedoch eine bessere Darstellung des Aufpunktes 34 der Bürsten 18 auf den Kommutatorlamellen 28. Zudem wird deutlich, dass sich das elektromagnetische Abschirmmittel 32 in axialer Richtung des Kommutators 16 in etwa über die Länge der Kommutatorlamellen 28 erstreckt. Es ist aber auch möglich, dass das elektromagnetische Abschirmmittel 32 lediglich eine Länge aufweist, die den Bereich des am Aufpunkt 34 entstehenden Bürstenfeuers abdeckt. Ebenso kann das elektromagnetische Abschirmmittel 32 auch deutlich länger als die Kommutatorlamellen 28 ausgebildet sein. Dies ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn - wie in Figur 4 gezeigt - das elektromagnetische Abschirmmittel 32 mittels des Befestigungsmittels 36 an einem Gehäuse 42 des Gleichstrommotors befestigt wird. In diesem Fall kann das Gehäuse 42 auf dem Spannungspotential, zum Beispiel einem Massepotential, liegen, so dass die Verwendung von Leiterbahnen 42 auf dem Bürstenträger 23 zwar möglich aber nicht notwendig ist. In Figur 4 ist die Ankerwelle 11 durch ein an ihrem Ende befestigtes Kugellager 44 in radialer Richtung geführt. Zur Vermeidung einer axialen Bewegung kann zusätlich auch noch ein am Gehäuse 42 befestigter Lagerspiegel 46 vorgesehen sein. Alternativ ist es auch möglich, dass sich die Ankerwelle 11 noch deutlich über den
Kommutator 16 hinaus erstreckt. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn auf ihr noch eine Spindel zum Antrieb eines Getriebes befestigt werden soll. Das Gehäuse 42 kann in diesem Fall als ein Getriebegehäuse ausgebildet sein, mit dem das elektromagnetische Abschirmmittel 32 mechanisch und/oder elektrisch verbunden ist.
Die Figuren 5 bis 7 zeigen unterschiedliche Ausführungsbeispiele des elektromagnetischen Abschirmmittels 32. Neben den Aussparungen 38 für die Bürsten 18 weist es noch weitere Aussparungen 38 auf, die zum Einen eine Kühlung des Kommutators 16 bewirken und/oder eine Abtragung des Bürstenabbrands gewährleisten und zum Anderen eine partielle Dämpfung der Störemissionen ermöglichen, wenn beispielsweise das Gehäuse 42 des Gleichstrommotors zum Teil selbst elektromagnetisch dämpfend ausgestaltet ist.
Insbesondere im Falle eines Metallblechs kann das Befestigungsmittel 36 direkt aus dem elektromagnetischen Abschirmmittel 32 herausgeschnitten und -gebogen werden. Eine elektrische Verbindung mit dem Spannungspotential, beispielsweise über die Leiterbahnen 42 des Bürstenträgers 23, ist somit sehr einfach realisierbar. Die Anzahl und die Anordnung der Befestigungsmittel 36 ist dabei abhängig von der Stabilität des elektromagnetischen Abschirmmittels 32 und kann beliebig je nach den gegebenen Platzverhältnissen variiert werden. Eine entsprechende Ausgestaltung der Befestigungsmittel 36 ist auch für ein metallbedampftes bzw. -durchzogenes Kunststoffmaterial möglich.
Auch die Anzahl und Form der Aussparungen 38 kann in Abhängigkeit der jeweiligen
Anforderungen an die Luftzirkulation und/oder die elektromagnetische Verträglichkeit (EMC) des Gleichstrommotors verändert werden. Während zum Beispiel in Figur 5 neben den beiden Aussparungen 38 für die Bürsten vier weitere, axial ausgerichtete Aussparungen 38 vorgesehen sind, weist das elektromagnetische Abschirmmittel 32 in Figur 6 lediglich zwei weitere, schräg verlaufende Aussparungen 38 auf. Die
Aussparungen 38 können natürlich auch als deultich schmalere Schlitze ausgebildet sein. Zudem ist es möglich, die Anzahl und Form der Aussparungen 38 für die Bürsten 18 je nach Anforderung bzw. Wunsch ohne Einschränkung der Erfindung abzuwandeln.
In Figur 7 ist schließlich ein elektromagnetisches Abschirmmittel 32 dargestellt, dass aus mehreren Einzelteilen besteht, die mittels der jeweiligen Befestigungsmittel 36 an dem Bürstenträger 23 und/oder dem Gehäuse 42 fixiert werden. Auch in diesem Fall ist eine Abdeckung zumindest des Bereichs des am Aufpunkt 34 der Bürsten 18 auf den Kommutatorlamellen 28 entstehenden Bürstenfeuers gewährleistet, selbst, wenn das elektromagnetische Abschirmmittel 32 den Kommutator 16 nur über Teile seines
Umfangs umschließt. Eine derartige Ausgestaltung kann beispielsweise dann von Vorteil sein, wenn das Gehäuse 42 des Gleichstrommotors im Bereich der größten Aussparung 38 des elektromagnetischen Abschirmmittels 32 selbst als Abschirmung dient oder, wenn besondere Anforderungen an die Kühlung des Kommutators 16, insbesondere bei einem sehr hochdrehenden Gleichstrommotor, gestellt werden.
Es sei abschließend noch darauf hingewiesen, dass die gezeigten Ausführungsbeispiele weder auf die Figuren 1 bis 7 noch auf die Anzahl und Form der Bürsten 18 sowie der Befestigungsmittel 36 und Aussparungen 38 des elektromagnetischen Abschirmmittels 32 beschränkt ist. Auch die dargestellte Form des Bürstenträgers 23 ist nicht einschränkend für die Erfindung zu betrachten.

Claims

Ansprüche
1. Kommutierangsvorrichtung (40) für einen Gleichstrommotor, mit einem eine
Mehrzahl von Kommutatorlamellen (28) aufweisenden Kommutator (16) und mit auf einem Bürstenträger (23) angeordneten Bürsten (18) zur elektrischen Kontaktierung der Kommutatorlamellen (28), dadurch gekennzeichnet, dass ein elektromagnetisches Abschirmmittel (32) derart um den Kommutator (16) angeordnet ist, dass es zumindest den Bereich eines am Aufpunkt (34) der Bürsten (18) auf den Kommutatorlamellen (28) entstehendes Bürstenfeuers abdeckt.
2. Kommutierungsvorrichtung (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das elektromagnetische Abschirmmittel (32) in axialer Richtung des Kommutators (16) mindestens über die Länge der Kommutatorlamellen (28) erstreckt.
3. Kommutierungsvorrichtung (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Abschirmmittel (32) Aussparungen (38) aufweist.
4. Kommutierungsvorrichtung (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Abschirmmittel (32) derart mit dem Bürstenträger (23) und/oder einem Gehäuse (42) des Gleichstrommtors verbunden ist, dass es in radialer Richtung des Kommutators (16) zumindest abschnittsweise zwischen dem Kommutator (16) und dem Bürstenträger (23) angeordnet ist.
5. Kommutierungsvorrichtung (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Abschirmmittel (32) den Kommutator (16) in vollem Umfang umschließt.
6. Kommutierungsvorrichtung (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Abschirmmittel (32) den Kommutator (16) über Teile des Umfangs umschließt.
7. Kommutierungsvorrichtung (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Abschirmmittel (32) elektrisch mit einem Spannungspotential verbunden ist.
8. Kommutierungsvorrichtung (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Abschirmmittel (32) aus zumindest einem Metallblech besteht.
9. Kommutierungsvorrichtung (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Abschirmmittel (32) aus einem metallisch bedampften oder durchsetzten Kunststoffmaterial besteht.
10. Gleichstrommotor mit einer Kommutierungsvorrichtung (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
11. Gleichstrommotor nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse
(42) ein Getriebegehäuse des Gleichstrommotors ist.
12. Gleichstrommotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrommotor ein mehrstufiger Wischermotor mit mindestens drei Bürsten (18) ist.
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