WO2010108848A1 - Elektrische maschine - Google Patents

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WO2010108848A1
WO2010108848A1 PCT/EP2010/053540 EP2010053540W WO2010108848A1 WO 2010108848 A1 WO2010108848 A1 WO 2010108848A1 EP 2010053540 W EP2010053540 W EP 2010053540W WO 2010108848 A1 WO2010108848 A1 WO 2010108848A1
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WO
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Prior art keywords
cage
pole housing
individual magnets
electrical machine
brushes
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/053540
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andre Corvini
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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Priority to CN2010800133516A priority patent/CN102362409A/zh
Priority to BRPI1010012A priority patent/BRPI1010012A2/pt
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    • 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
    • H02K5/145—Fixedly supported brushes or brush holders, e.g. leaf or leaf-mounted brushes
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/17—Stator cores with permanent magnets

Definitions

  • the DE 34 26 996 A1 relates to an electric motor which is used to drive a fuel delivery pump.
  • the electric motor comprises a rotor and a magnet system belonging to a stator of the electric motor, which has an annular, ferromagnetic yoke body and at least one permanent magnet magnet segment arranged on its inner wall.
  • the magnet segment is fixed in a well-defined position by means of a tube-like holding device, which is inserted in a suitable manner into the return ring and locked against the return ring.
  • a particularly effective way of securing the magnet system in the return ring is achieved in that the holding device for each magnet segment has a breakthrough whose size is matched to the projection dimensions of the magnet resulting from radial observation and the holding device further comprises spring means which the magnetic segment against the Press the inner wall of the return ring.
  • the holding device is designed to fit the return ring and inserted into this and is locked by means of a protruding on the outer circumference of the nose, which is received in an open-edge groove of the return ring, against this.
  • DE 101 48 652 A1 relates to a direct current machine and a method for fixing magnets to a pole housing of a DC machine.
  • a magnetic holding device is attached to which the magnets, which are in particular permanent magnets, are held.
  • the magnet holding device is fixed to the inner periphery of the pole housing and formed by an annular holding cage.
  • the holding cage is provided with a continuous slot extending in the axial direction and spring-loaded. table, preferably formed in one piece.
  • the holding cage is worked out of a board, preferably punched and then brought by rolling into its ring shape.
  • the holding cage according to DE 101 48 652 A1 is held non-positively in the pole housing of the DC machine.
  • the frictional connection is generated due to material-related restoring forces of the rolled in its annular shape holding cage, which are possibly still be increased by overpressing the rolled holding cage.
  • the holding cage has pockets for receiving in each case a magnet.
  • the magnet holder which was previously designed in several parts, is then fixed by means of stampings or impressions which are applied in the pole housing, then the positional accuracy of the magnets and of the brushes is defined by the accuracy of these impressions or stampings. If inaccuracies occur during the introduction of the stampings into the material of the pole housing, this tolerance is added to the already very long tolerance chain.
  • the preferably made of a part cage for receiving the individual magnets, in particular the permanent magnets, i. the stator magnet encloses the rotor, i. the rotor of the electric machine and the recorded on the rotor shaft commutator.
  • the commutator in turn, brushes are associated in brushes, which in turn are attached to a base plate of a brush holder assembly.
  • the brush holder assembly i. the base plate for receiving the brushes is also aligned by the cage.
  • the cage which is manufactured in a particularly simple manufacturing technology as a plastic injection molded component, the possibility of one hand to receive the individual magnets, in particular the permanent magnets and on the other hand at the same time the base plate for receiving the brush holder, which serve to accommodate the brush align. This minimizes the angular tolerance of these components with respect to each other. Spring elements for fixing the individual magnets to the
  • Inner peripheral surface of the pole housing can be omitted, as well openings that were previously provided on the rod-shaped river iron components in order to attach and lock these projections on the inside of the pole housing can also be omitted.
  • the inventively proposed solution of using a common cage for receiving the individual magnets, in particular the permanent magnets, and for aligning the base plate for the brushes allows a reduction in the angular tolerance between the circumferential position of the individual magnets and the position of the carbon brushes.
  • the solution proposed according to the invention minimizes the angular tolerance between the center line of the brushes and the center line of the individual magnets when installed to a minimum. This can be achieved in a particularly simple manufacturing process and wall of the commutation of the electrical machine can be ensured.
  • the cage which is preferably made as a one-piece plastic injection molded component, is provided with a number of positioning cams, for example three positioning cams on one of the rings between which the longitudinal ribs extend in the axial direction, on the outer circumference of one of the rings or both rings for example, are formed in a 120 ° division.
  • positioning cams can be in manufacturing technology particularly simple manner during injection molding of
  • a recess for example a semicircular indentation
  • a recess can be formed by way of the plastic injection molding process, which aligns with punches or recesses to be inserted later in the material of the pole housing, so that the cage engages in the indentations formed on the inner circumferential surface and fixed in its circumferential position on the one hand in the pole housing and on the other hand remains aligned in a defined position.
  • the cage for receiving the individual magnets in particular the permanent magnets of the stator and for aligning the base plate of the carbon brushes pedestals are molded in a number that corresponds to the number noted herein.
  • the pods molded onto the cage-side end of the cage are molded onto one of the rings of the cage and, in accordance with the number of carbon brushes to be fixed, in a 90.degree.
  • FIG. 2 shows a view of prior art fixation of river iron on the inner circumferential surface of the pole housing
  • FIG. 3 shows the angular offset to be minimized between the center line of brushes and that of individual magnets which are accommodated on the inner circumferential surface of the pole housing
  • FIG. 4 shows the resulting tolerance chain in the solution according to the prior art using many individual components
  • FIG. 5 shows a perspective view of the cage of the electric machine proposed according to the invention, the brushes on the one hand, and the individual magnets on the other hand,
  • Figure 6 is a perspective view of the cage according to Figure 5 in a
  • Figure 7 shows a stocked with individual magnets and river iron cage with a number of positioning cams.
  • FIG. 1 shows a multi-part magnet holder of an electrical machine according to the prior art.
  • FIG. 1 shows that a pole housing 10 encloses a multipart magnet holder 12. This comprises two rings, which are connected to each other by longitudinal webs. Each of the rings is fixed and aligned by corresponding positioning cams on the inner peripheral surface of the pole housing 10. Along the magnetic holder 12, individual river iron, see chisel 16, and individual magnets 14 extend.
  • the illustration in accordance with FIG. 2 shows that the pole housing 10 has individual magnets 14 and flux iron 16 arranged therebetween on an inner circumferential surface 30 in an alternating sequence. These are at the inner peripheral surface 30 of the pole housing 10 arranged in an alternating order in the circumferential direction.
  • the representation according to FIG. 2 shows that the river iron 16 comprises retaining hooks 24 and openings 18. Protrusions 20, which are formed on the inner peripheral surface 30 of the PoI housing 12, project into the openings 20 of the river iron 16 and fix the river iron 16 in its installed position.
  • FIG. 3 shows an electrical machine in which the center lines of brushes and individual magnets, which are accommodated on the inner circumferential surface of the pole housing, extend in an angular tolerance with respect to one another.
  • Reference numeral 50 denotes a winding connection on the stator 56 of the electric machine 52, which are arranged by the individual on the inner peripheral surface 30 of the pole housing 10
  • the brushes 40 are each received in brush boilers 42.
  • the illustration according to FIG. 4 shows how the tolerance chain in the solutions according to the prior art is usually composed.
  • the protrusions 20 formed on the inner peripheral surface 30 of the pole housing 10 are provided with a 1. Tolerance 32 suffers with regard to its dimensioning.
  • the cams 20 are enclosed by the openings 18 of the river iron 16, wherein the production of these openings 18 of the river iron 16 may be subject to a third tolerance 36.
  • 16 latching hooks 24 are formed at the openings 18 of the river iron 16 opposite ends of the river iron.
  • the production-related with a second tolerance 34 are afflicted.
  • pole housing 10, river iron 16 and base plate 26 of the brush holder assembly occur three tolerances 32, 34 and 36, while 10 relative to the pole housing angle tolerances 38 occur.
  • FIG. 5 shows a perspective view of the cage proposed according to the invention for an electric machine for aligning the brushes and for accommodating individual magnets, in particular permanent magnets.
  • the one-piece cage 62 can be manufactured in a particularly simple manner in terms of production technology as a plastic injection-molded component.
  • the cage 62 according to the perspective representation in FIG. 5 comprises individual longitudinal ribs 68 extending in the axial direction of the electric machine 52.
  • the longitudinal ribs 68 which extend between two spaced-apart rings 64 and 66 of the cage 62 provide free spaces 70.
  • the free spaces 70 are used to hold the individual magnets 14 and the inclusion of the river iron 16.
  • the positioning cam 78 can be attached to one of the rings 64, 66 in 120 ° pitch or 90 ° pitch. In manufacturing technology particularly simple manner, the positioning cam 78 can be injection-molded directly in the production of the cage 62 by means of plastic injection molding process. On one of the two rings 64 and 66 of the cage 62 are also also extending in the axial direction individual pedestals 76. The pedestals 76 are also manufactured in a particularly simple manufacturing technology in one operation during injection molding of the cage 62 made of plastic material and require none treatment.
  • a corresponding number of pedestals 76 are provided at the brush holder end of the cage 62.
  • the angle tolerance 38 between the position of the brushes 40 and the position of the individual magnets 14 is minimized, since the individual magnets 14 are received in the cage 62 and the brushes 40 are aligned therethrough.
  • the tolerance chain is thus considerably shortened.
  • Each of the clearances 70 is defined by a longitudinal side 72 formed by an outer side of the longitudinal rib 68 and by a peripheral side 74, i. limited by segments of the rings 64 and 66 corresponding to the diameter of the cage 62.
  • FIG. 6 shows the perspective reproduction of the preassembled cage in the pole housing.
  • the illustration according to FIG. 5 shows that a single magnet 14, which is preferably a permanent magnet, and a flux iron 16 are integrated in a free space 70 which extends between two longitudinal ribs 68.
  • the positioning cams 78 injection-molded on the outer circumference of the ring 66 correspond in each case to the geometry of stampings 22 in the material of the pole housing.
  • the punches 22 in the material of the pole housing are punched in a corresponding to the pitch of the positioning cam 78 at one of the rings corresponding pitch in the material of the pole housing 10 or introduced introduced in some other way.
  • the individual positioning cam 78 are provided with rounded recesses 80, in which engage the stampings in the material of the pole housing for fixing one of the rings 64 and 66 of the cage 62 made of plastic material.
  • the cage 62 which is manufactured as a one-piece component, is fixed to only one of the rings 64, 66 on the inner circumferential surface 30 of the pole housing 10.
  • a first ring 64 of the cage 62 are the already indicated in the perspective view of Figure 5 podiums 76, which engage behind the brush holder 42, in which the brushes 40, which cooperate with the commutator 48 and support.
  • the base plate 26 of the brush holder arrangement defining the angular position of the brush holder 42 in the illustration according to FIG. 4 can be advantageously aligned. This results from the illustrated in Figure 7 preassembled cage assembly 62 on the one hand, an alignment of the individual magnets 14 and the river iron 16 side by side in a free space 70 on the circumference of the cage 62 and by the pedestals 76, on the other hand, an exact alignment of the base plate 26, in which the brush holder 42 are accommodated for receiving the brush 40.
  • the angular tolerance 38 according to FIGS. 3 and 4 is drastically reduced, which is due to the shortening of the tolerance chain to a component, namely the cage 62.
  • the cage 62 can be fixed to the inner peripheral surface 30 of the pole housing 10 as shown in FIG. 6 at only three points, ie three stamped areas 22 which are circumferentially divided by 120.degree Pol housing 10 are arranged can be achieved.
  • the tolerance chain can be shortened by reducing the number of components by a component, namely the cage 62, used to align the base plate 26 of the brush 40 for receiving and positioning of the individual magnets 14 and for fixing in the pole housing 10 ,
  • the cage 62 proposed according to the invention is preferably made of plastic injection molding material, so that the positioning cams 78, the pedestals 76 as well as the free spaces delimited by the longitudinal ribs 68, in one operation, i. with minimal tolerance in relation to each other.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine (52) an dem, in einem Magnethalter (12, 62) gelagert, eine Anzahl von Einzelmagneten (14) aufgenommen sind. Eine Winkeltoleranz (38) von Bürsten (40) und der Lage der Einzelmagnete (14) ist durch einen die Bürsten (40) ausrichtenden und die Einzelsegmente (14) aufnehmenden Käfig (62) minimiert.

Description

Beschreibung
Titel
Elektrische Maschine
Stand der Technik
DE 34 26 996 A1 bezieht sich auf einen Elektromotor, der zum Antrieb einer Kraftstoffförderpumpe eingesetzt wird. Der Elektromotor umfasst einen Rotor und ein zu einem Stator des Elektromotors gehörendes Magnetsystem, das einen ringförmigen, feromagnetischen Rückschlusskörper und wenigstens ein an dessen Innenwand angeordnetes, permanent magnetisches Magnetsegment aufweist. Das Magnetsegment ist mittels einer in den Rückschlussring passend eingeschobenen, gegenüber dem Rückschlussring arretierten, rohrartigen Haltevorrichtung in einer wohl definierten Lage festgelegt. Eine besonders effektive Art der Sicherung des Magnetsystems im Rückschlussring wird dadurch erreicht, dass die Haltevorrichtung für jedes Magnetsegment einen Durchbruch aufweist, dessen Größe auf die sich bei radialer Betrachtung ergebenden Projektionsmaße des Magnetes abgestimmt ist und die Haltevorrichtung weiterhin Federmittel aufweist, welche das Magnetsegment gegen die Innenwand des Rückschluss- rings drücken. Die Haltevorrichtung ist passend zum Rückschlussring ausgelegt und in diesen eingeschoben und wird mittels einer an deren Außenumfang vorspringenden Nase, welche in einer randoffenen Nut des Rückschlussrings aufgenommen ist, gegenüber diesem arretiert.
DE 101 48 652 A1 bezieht sich auf eine Gleichstrommaschine und ein Verfahren zum Befestigen von Magneten an einem Polgehäuse einer Gleichstrommaschine. Am Polgehäuse ist eine Magnethaltevorrichtung befestigt, an der die Magnete, bei denen es sich insbesondere um Permanentmagnete handelt, gehalten sind. Die Magnethaltevorrichtung ist am Innenumfang des Polgehäuses befestigt und von einem ringförmigen Haltekäfig gebildet. Der Haltekäfig ist mit einem in axialer Richtung verlaufenden, durchgehenden Schlitz versehen und federelas- tisch, vorzugsweise einteilig ausgebildet. Der Haltekäfig wird aus einer Platine herausgearbeitet, vorzugsweise gestanzt und anschließend durch Rollen in seine Ringform gebracht. Der Haltekäfig gemäß DE 101 48 652 A1 wird kraftschlüssig im Polgehäuse der Gleichstrommaschine gehalten. Die Kraftschlussverbindung ist aufgrund von materialbedingten Rückstellkräften des in seiner Ringform gerollten Haltekäfigs erzeugt, die gegebenenfalls durch Überdrücken des gerollten Haltekäfigs noch vergrößerbar sind. Der Haltekäfig weist Taschen zur Aufnahme jeweils einen Magneten auf.
Bei den aus dem Stande der Technik bekannten elektrischen Maschinen tritt das
Problem hoher Toleranzketten und damit einhergehender sich addierender Toleranzen auf. Werden zum Beispiel Magnete, insbesondere Permanentmagnete mit separaten Haltern bzw. Haltefedern an der Innenumfangsfläche des Polgehäuses befestigt, spezielle Flusseisen über Rasthaken bzw. in Vorsprüngen an der Innenumfangsfläche des Polgehäuses eingreifende Öffnungen, der Magnethalter zur Aufnahme der Einzelmagnete mehrteilig ausgebildet, so tritt das Problem von sich addierenden Toleranzen auf. Diese sich addierenden Toleranzen, zum Beispiel zwischen den Bürsten und den Magneten, die oftmals mit einem Umfangswinkelfehler in Bezug aufeinander eingebaut sind, bewirken, dass der Kommutierungswinkel nur unzureichend genau bzw. mit einer sehr hohen Toleranz eingehalten werden kann. Ungenauigkeiten hinsichtlich der Lage und der Beibehaltung des Kommutierungswinkels der elektrischen Maschine vermindern jedoch zwangsläufig die Leistung der elektrischen Maschine. Wird der bisher mehrteilig ausgebildete Magnethalter dann über Einstanzungen oder über Ein- prägungen, die im Polgehäuse angebracht werden, fixiert, so ist die Lagegenauigkeit der Magneten und der Bürsten durch die Genauigkeit dieser Einprägungen oder Einstanzungen definiert. Treten bei dem Einbringen der Einstanzungen in das Material des Polgehäuses Ungenauigkeiten auf, so tritt diese Toleranz zur ohnehin schon sehr langen Toleranzkette hinzu.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, anstelle der bisher bei elektrischen Maschinen eingesetzten mehrteiligen Magnethalter einen Käfig einzusetzen, der in Umfangsrichtung gesehen einzelne Freiräume aufweist, die durch sich in axialer
Richtung im Bezug auf die elektrische Maschine erstreckende Längsrippen von- einander getrennt sind. In diese Freiräume des Käfigs, der in besonders kostengünstiger Weise aus Kunststoffspritzgussmaterial gefertigt werden kann, werden Einzelmagnete, insbesondere Permanentmagnete mit einem Flusseisen verbaut. Die Freiräume im Käfig verlaufen entsprechend der Krümmung des Polgehäuses und sind einerseits in axialer Richtung durch die Längsrippen definiert und in Um- fangsrichtung durch zwei Ringe.
Der bevorzugt aus einem Teil gefertigte Käfig zur Aufnahme der Einzelmagnete, insbesondere der Permanentmagnete, d.h. der Statormagnete umschließt den Rotor, d.h. den Läufer der elektrischen Maschine sowie den auf der Läuferwelle aufgenommenen Kommutator. Dem Kommutator wiederum sind Bürsten in Bürstenköchern zugeordnet, die ihrerseits an einer Grundplatte einer Bürstenhalteranordnung befestigt sind. Die Bürstenhalteranordnung, d.h. die Grundplatte zur Aufnahme der Bürsten wird ebenfalls durch den Käfig ausgerichtet. Demnach bietet der Käfig, der in fertigungstechnisch besonders einfacher Weise als Kunststoffspritzgussbauteil gefertigt ist, die Möglichkeit, einerseits die Einzelmagnete, insbesondere die Permanentmagnete aufzunehmen und andererseits gleichzeitig die Grundplatte zur Aufnahme der Bürstenköcher, die der Aufnahme der Bürsten dienen, auszurichten. Dadurch wird die Winkeltoleranz dieser Bauteile in Bezug aufeinander minimiert. Federelemente zur Fixierung der Einzelmagnete an der
Innenumfangsfläche des Polgehäuses können entfallen, ebenso Öffnungen, die bisher an den stangenförmigen Flusseisenkomponenten vorgesehen wurden, um diese an Vorsprüngen an der Innenseite des Polgehäuses zu befestigen und zu arretieren, können ebenfalls entfallen.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung des Einsatzes eines gemeinsamen Käfigs zur Aufnahme der Einzelmagnete, insbesondere der Permanentmagnete, und zur Ausrichtung der Grundplatte für die Bürsten ermöglicht eine Reduzierung der Winkeltoleranz zwischen der Umfangslage der Einzelmagnete und der Lage der Kohlebürsten. Insbesondere kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung in besonders vorteilhafter Weise erreicht werden, dass die Grundplatte des Bürstenhalters, an denen die Bürstenköcher gelagert sind, durch den Käfig ausgerichtet wird. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung minimiert die Winkeltoleranz zwischen der Mittellinie der Bürsten und der Mittelli- nie der Einzelmagnete im eingebauten Zustand auf ein Minimum. Damit kann in fertigungstechnisch besonders einfacher Weise und durch recht geringen Auf- wand der Kommutierungswinkel der elektrischen Maschine gewährleistet werden.
In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung wird der bevorzugt als einteiliges Kunststoffspritzgussbauteil gefertigte Käfig an einem der Ringe, zwischen denen sich die Längsrippen in Axialrichtung erstrecken, mit einer Anzahl von Positioniernocken so zum Beispiel drei Positioniernocken versehen, die am Außenumfang einer der Ringe oder beider Ringe zum Beispiel in einer 120°-Teilung ausgebildet sind. Diese Positioniernocken lassen sich in fertigungstechnisch besonders einfacher Weise beim Spritzgießen des
Käfigs direkt herstellen, ohne dass ein separater Bearbeitungsgang erforderlich wäre. Insbesondere kann im Wege des Kunststoffspritzgießverfahrens an diesen Positioniernocken eine Ausnehmung, so zum Beispiel eine halbkreisförmige Einbuchtung ausgebildet werden, die mit später im Material des Polgehäuses einzu- bringenden Einstanzungen oder Einbuchtungen fluchtet, so dass der Käfig in die an der Innenumfangsfläche vorspringend ausgebildeten Einbuchtungen einrastet und in seiner Umfangslage einerseits im Polgehäuse fixiert und andererseits in einer definierten Lage ausgerichtet bleibt.
Des Weiteren können am Käfig zur Aufnahme der Einzelmagnete, insbesondere der Permanentmagnete des Stators und zur Ausrichtung der Grundplatte der Kohlebürsten Podeste in einer Anzahl angespritzt werden, die der Anzahl auszurichtender Kohlebürsten entspricht. Die an einer die am bürstehalterseitigen Ende des Käfigs angespritzten Podeste sind an einem der Ringe des Käfigs ange- spritzt und entsprechend der Anzahl zu fixierender Kohlebürsten in einer 90°-
Teilung oder in einer 120°-Umfangsteilung an einem der Ringe des Käfigs angeordnet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt: Figur 1 die Ansicht eines aus dem Stand der Technik bekannten mehrteiligen Magnethalters,
Figur 2 eine Ansicht auf eine Fixierung von Flusseisen gemäß des Standes der Technik an der Innenumfangsfläche des Polgehäuses,
Figur 3 den zu minimierenden Winkelversatz zwischen der Mittellinie von Bürsten und derjenigen von Einzelmagneten, die an der Innenumfangsfläche des Polgehäuses aufgenommen sind,
Figur 4 die sich ergebende Toleranzkette bei der Lösung gemäß des Standes der Technik unter Verwendung von vielen Einzelkomponenten,
Figur 5 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäß vorgeschlagenen, die Bürsten einerseits ausrichtenden und die Einzelmagnete andererseits aufnehmenden Käfigs der elektrischen Maschine,
Figur 6 eine perspektivische Wiedergabe des Käfigs gemäß Figur 5 im in ein
Polgehäuse eingebautem Zustand und
Figur 7 einen mit Einzelmagneten und Flusseisen bestückten Käfig mit einer Anzahl von Positioniernocken.
Der Darstellung gemäß Figur 1 ist ein mehrteilig ausgebildeter Magnethalter ei- ner elektrischen Maschine gemäß des Standes der Technik zu entnehmen.
Aus der Darstellung gemäß Figur 1 geht hervor, dass ein Polgehäuse 10 einen mehrteiligen Magnethalter 12 umschließt. Dieser umfasst zwei Ringe, die jeweils durch Längsstege miteinander verbunden sind. Jeder der Ringe wird durch ent- sprechende Positioniernocken an der Innenumfangsfläche des Polgehäuses 10 fixiert und ausgerichtet. Entlang des Magnethalters 12 erstrecken sich einzelne Flusseisen, vergleiche Flusseisen16, sowie Einzelmagnete 14.
Aus der Darstellung gemäß Figur 2 geht hervor, dass das Polgehäuse 10 an ei- ner Innenumfangsfläche 30 in alternierender Abfolge Einzelmagnete 14 und dazwischen angeordnete Flusseisen 16 aufweist. Diese sind an der Innenumfangs- fläche 30 des Polgehäuses 10 in alternierender Reihenfolge in Umfangrichtung angeordnet. Der Darstellung gemäß Figur 2 ist zu entnehmen, dass die Flusseisen 16 Haltehaken 24 sowie Öffnungen 18 umfassen. In die Öffnungen 20 der Flusseisen 16 ragen Vorsprünge 20, die an der Innenumfangsfläche 30 des PoI- gehäuses 12 ausgebildet sind, hinein und fixieren die Flusseisen 16 in ihrer Einbaulage.
Aus den Darstellungen gemäß der Figuren 1 und 2 geht mit hervor, dass die Einzelmagnete 14 an der Innenumfangsfläche 30 durch eine Vielzahl von Bauteilen geringförmigen Scheiben des mehrteiligen Magnethalters 12, den Einstanzer 22 im Material des Polgehäuses 10, den Vorsprüngen 20, die mit den Öffnungen 18 der Flusseisen 16 zusammenwirken, fixiert sind. Aufgrund der Anzahl der Bauteile stellt sich eine längliche Toleranzkette ein.
Der Darstellung gemäß Figur 3 ist eine elektrische Maschine zu entnehmen, an der die Mittellinien von Bürsten und Einzelmagneten, die an der Innenumfangsfläche des Polgehäuses aufgenommen sind, in einer Winkeltoleranz in Bezug zueinander verlaufen.
Aus der Darstellung gemäß Figur 3 lässt sich entnehmen, dass an der Innenumfangsfläche 30 des Polgehäuses 10 in alternierender Abfolge Einzelmagnete 14 und Flusseisen 16 angeordnet sind. Eine Stirnseite des Flusseisens 16 ist durch Bezugszeichen 60 bezeichnet, während eine Stirnseite eines Einzelmagneten 14 durch Bezugszeichen 58 identifiziert ist. Eine Mittelachse 44 der Einzelmagnete und eine Mittelachse der Bürsten 40 stehen in einer Winkeltoleranz 38 zueinander, d.h. bei der in Figur 3 dargestellten elektrischen Maschine 52 fallen diese beiden Mittelachsen 44 und 46 nicht zusammen.
Während die Einzelmagnete 14 und die Flusseisen 16 den Stator der elektri- sehen Maschine 52 bilden, ist deren Rotor 54 ein Kommutator 58 zugeordnet, dessen Umfang die Bürsten 40 zugeordnet sind. Bezugszeichen 50 bezeichnet eine Wicklungsverschaltung am Stator 56 der elektrischen Maschine 52, die von den einzelnen an der Innenumfangsfläche 30 des Polgehäuses 10 angeordneten
Einzelmagneten 14 umschlossen ist. Die Bürsten 40 sind jeweils in Bürstenkö- ehern 42 aufgenommen. Der Darstellung gemäß Figur 4 ist zu entnehmen, wie sich die Toleranzkette bei den Lösungen gemäß des Standes der Technik in der Regel zusammensetzt.
Die an der Innenumfangsfläche 30 des Polgehäuses 10 ausgebildeten Vorsprün- ge 20 sind mit einer 1 . Toleranz 32 hinsichtlich ihrer Dimensionierung behaftet.
Die Nocken 20 werden von den Öffnungen 18 der Flusseisen 16 umschlossen, wobei die Fertigung dieser Öffnungen 18 der Flusseisen 16 mit einer 3. Toleranz 36 behaftet sein kann. Darüber hinaus sind an den den Öffnungen 18 der Flusseisen 16 jeweils gegenüberliegenden Enden der Flusseisen 16 Rasthaken 24 ausgebildet.
Zu der in der Darstellung gemäß Figur 4 abgebildeten länglichen Toleranzkette tritt das Bauteil 26, d.h. die Grundplatte der Bürstenhalteranordnung hinzu. An der Grundplatte der Bürstenhalteranordnungen sind Montageschlitze 28 ausge- bildet, die fertigungsbedingt mit einer zweiten Toleranz 34 behaftet sind. Hinsichtlich einer Dimensionierung der in Figur 4 dargestellten Bauteile, Polgehäuse 10, Flusseisen 16 und Grundplatte 26 der Bürstenhalteranordnung treten drei Toleranzen 32, 34 und 36 auf, während in Bezug auf das Polgehäuse 10 Winkeltoleranzen 38 hinzutreten. Dabei handelt es sich um eine Winkeltoleranz 38 der Einstanzungen 22 des Polgehäuses 10 relativ zueinander sowie um eine Winkeltoleranz 38 zwischen den Vorsprüngen 20, an denen die einzelnen Flusseisen 16 arretiert und fixiert sind. Ferner bestehen Winkeltoleranzen 38 zwischen der Lage der Einzelmagnete 14 und der Lage der Bürsten 40.
Aus der Toleranzkette gemäß der Darstellung in Figur 4 lässt sich mithin schließen, dass die Einhaltung des exakten Kommutierungswinkels in Bezug auf die Lage der Bürsten 40 zum Umfang des Kommutators 48, vergleiche Darstellung gemäß Figur 3, nur mit hohem Aufwand erreicht werden kann.
Ausführungsvarianten
Der Darstellung gemäß Figur 5 ist eine perspektivische Wiedergabe des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Käfigs für eine elektrische Maschine zur Ausrichtung der Bürsten und zur Aufnahme von Einzelmagneten, insbesondere Perma- nentmagneten zu entnehmen. Wie Figur 5 zeigt, lässt sich der einteilig ausgebildete Käfig 62 in fertigungstechnisch besonders einfacher Weise als Kunststoffspritzgussbauteil fertigen. Der Käfig 62 gemäß der perspektivischen Wiedergabe in Figur 5 umfasst einzelne, sich in axiale Richtung der elektrischen Maschine 52 erstreckende Längsrippen 68. Durch die Längsrippen 68, die sich zwischen zwei voneinander beabstande- ten Ringen 64 und 66 des Käfigs 62 erstrecken, befinden sich Freiräume 70. Die Freiräume 70 dienen der Aufnahme der Einzelmagnete 14 sowie der Aufnahme der Flusseisen 16.
An einem der beiden Ringe 64, 66, die sich an den Enden der Längsrippen 68 befinden, sind in Umfangsrichtung voneinander beabstandet einzelne Positioniernocken 78 ausgebildet. Je nach Teilung können die Positioniernocken 78 an einem der Ringe 64, 66 in 120°-Teilung oder 90°-Teilung angebracht werden. In fertigungstechnisch besonders einfacher Weise können die Positioniernocken 78 direkt bei der Herstellung des Käfigs 62 im Wege des Kunststoffspritzgießverfahrens an diesen angespritzt werden. An einem der beiden Ringe 64 bzw. 66 des Käfigs 62 befinden sich darüber hinaus sich ebenfalls in axialer Richtung erstreckend einzelne Podeste 76. Die Podeste 76 werden ebenfalls in fertigungstechnisch besonders einfacher Weise in einem Arbeitsgang beim Spritzgießen des Käfigs 62 aus Kunststoffmaterial gefertigt und bedürfen keiner Nachbehandlung.
Entsprechend der Anzahl der Bürsten 40, die dem Kommutator 48 zugeordnet sind, ist eine entsprechende Anzahl von Podesten 76 am bürstenhalterseitigen Ende des Käfigs 62 vorgesehen. Durch den Käfig 62 wird die Winkeltoleranz 38 zwischen der Position der Bürsten 40 und der Lage der Einzelmagnete 14 mini- miert, da die Einzelmagnete 14 im Käfig 62 aufgenommen und die Bürsten 40 durch diesen ausgerichtet sind. Die Toleranzkette ist somit erheblich verkürzt.
Jeder der Freiräume 70 ist durch eine Längsseite 72, die durch eine Außenseite der Längsrippe 68 gebildet ist, sowie durch eine Umfangseite 74, d.h. von Seg- menten der Ringe 64 bzw. 66 entsprechend des Durchmessers des Käfigs 62 begrenzt.
Figur 6 zeigt die perspektivische Wiedergabe des vormontierten Käfigs im Polgehäuse. Aus der Darstellung gemäß Figur 5 geht hervor, dass in einen Freiraum 70, der sich zwischen zwei Längsrippen 68 erstreckt, ein Einzelmagnet 14, bei dem es sich bevorzugt um einen Permanentmagneten handelt sowie ein Flusseisen 16 integriert ist. Aus der Darstellung gemäß Figur 6 geht hervor, dass die am Au- ßenumfang des Ringes 66 angespritzten Positioniernocken 78 jeweils zur Geometrie von Einstanzungen 22 im Material des Polgehäuses korrespondieren. Die Einstanzungen 22 im Material des Polgehäuses sind in einer entsprechend der Teilung der Positioniernocken 78 an einem der Ringe korrespondierender Teilung im Material des Polgehäuses 10 eingestanzt oder auf andere Weise einge- bracht. Bevorzugt sind die einzelnen Positioniernocken 78 mit gerundeten Ausnehmungen 80 versehen, in welche die Einstanzungen im Material des Polgehäuses zur Fixierung eines der Ringe 64 bzw. 66 des Käfigs 62 aus Kunststoffmaterial eingreifen. Bevorzugt wird der Käfig 62, der als einstückiges Bauteil gefertigt ist, an lediglich einem der Ringe 64, 66 an der Innenumfangsfläche 30 des Polgehäuses 10 fixiert.
Aus der perspektivischen Wiedergabe gemäß Figur 7 geht ein vormontierter Käfig gemäß der vorgeschlagenen Erfindung näher hervor.
Aus der in Figur 7 dargestellten Wiedergabe geht hervor, dass in die einzelnen
Freiräume 70 am Umfang des Käfigs 62 jeweils nebeneinander liegend Flusseisen 16 und Einzelmagnete 14, bei denen es sich bevorzugt um Permanentmagnete handelt, eingelassen sind. An einem zweiten Ring 66 des bevorzugt einstückig gefertigten Käfigs 62 aus Kunststoffmaterial befinden sich in 120°-Teilung die bereits mehrfach erwähnten Positioniernocken 78, die an ihrer Außenseite mit gerundeten Ausnehmungen 80 versehen sind. In vorteilhafter Weise entspricht die Kontur der gerundeten Ausnehmungen 80 der Positioniernocken 78 und der Innenkontur der Einstanzungen 22, vergleiche Darstellung gemäß Figur 6, die im Material des Polgehäuses 10 ausgebildet werden und an denen der mit den Positioniernocken 78 versehene zweite Ring 66 des Käfigs 62 fixiert wird. An einem ersten Ring 64 des Käfigs 62 befinden sich die bereits in der perspektivischen Darstellung gemäß Figur 5 angedeuteten Podeste 76, welche die Bürstenköcher 42, in denen die Bürsten 40, die mit dem Kommutator 48 zusammenwirken, hintergreifen und abstützen. An den Podesten 76 kann in vorteilhafter weise die in der Darstellung gemäß Figur 4 die Winkellage der Bürstenköcher 42 definierende Grundplatte 26 der Bürstenhalteranordnung ausgerichtet werden. Damit ergibt sich durch die in Figur 7 dargestellte vormontierte Baugruppe Käfig 62 einerseits eine Ausrichtung der Einzelmagnete 14 sowie der Flusseisen 16 nebeneinander in ein in jeweils einem Freiraum 70 am Umfang des Käfigs 62 sowie durch die Podeste 76, andererseits eine exakte Ausrichtung der Grundplatte 26, in der die Bürstenhalter 42 zur Aufnahme der Bürsten 40 aufgenommen sind. Dadurch ist die Winkeltoleranz 38 gemäß der Figuren 3 und 4 drastisch reduziert, was durch die Verkürzung der Toleranzkette auf ein Bauteil, nämlich den Käfig 62, zurückzuführen ist. Zudem kann durch die am zweiten Ring 66 ausge- bildeten Positioniernocken 78 eine Fixierung des Käfigs 62 an der Innenumfangs- fläche 30 des Polgehäuses 10 gemäß der Darstellung in Figur 6 an lediglich drei Punkten, d.h. drei Einstanzungen 22, die in Umfangsteilung von 120° im Polgehäuse 10 angeordnet sind, erreicht werden.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lässt sich die Toleranzkette durch eine Reduzierung der Anzahl der Bauteile verkürzen, indem ein Bauteil, nämlich der Käfig 62, zur Ausrichtung der Grundplatte 26 der Bürsten 40 zur Aufnahme und Positionierung der Einzelmagnete 14 und zur Fixierung im Polgehäuse 10 herangezogen wird.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Käfig 62 wird bevorzugt aus Kunststoff- Spritzgussmaterial hergestellt, so dass die Positioniernocken 78, die Podeste 76 sowie die Freiräume, die durch die Längsrippen 68 begrenzt werden, in einem Arbeitsgang, d.h. mit minimaler Toleranz im Bezug aufeinander hergestellt wer- den können.

Claims

Ansprüche
1 . Elektrische Maschine (52) mit einem Polgehäuse (10), an dem in einem Magnethalter (12, 62) eine Anzahl von Einzelmagneten (14) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Winkeltoleranz (38) zwischen der Position von Bürsten (40) und der Lage der Einzelmagnete (14) durch einen gemeinsamen, die Bürsten (40) ausrichtenden und die Einzelmagnete (14) aufnehmenden Käfig (62) minimiert ist.
2. Elektrische Maschine (52) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (62) aus Kunststoffmaterial gefertigt ist und Freiräume (70) zur Aufnahme der Einzelmagnete (14) aufweist.
3. Elektrische Maschine (52) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (62) Längsrippen (68) aufweist, die sich in axialer Richtung der elektrischen Maschine (52) erstrecken.
4. Elektrische Maschine (52) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (62) einen ersten Ring (64) und einen zweiten Ring (66) um- fasst und am Umfang einer der Ringe (64, 66) mindestens ein Positionierno- cken (78) ausgebildet ist.
5. Elektrische Maschine (52) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Positioniernocken (78) eine Ausnehmung (80) um- fasst.
6. Elektrische Maschine (52) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (62) entsprechend der Anzahl auszurichtender Bürsten (40) Podeste (76) in der entsprechenden Anzahl aufweist.
7. Elektrische Maschine (52) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Grundplatte (26) eine Bürstenhalteranordnung zur Aufnahme der Bürstenköcher (42) am Käfig (62) aufweist, in deren Freiräume (70) die Einzelmagnete (14) angeordnet sind, ausgerichtet ist.
8. Elektrische Maschine (52) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (62) im Polgehäuse (10) durch eine der Anzahl der Positioniernocken (78) entsprechende Anzahl von Einbuchtungen (22) positioniert ist.
9. Elektrische Maschine (52) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (62) im Polgehäuse (10) an einem der beiden Ringe (64, 66) positioniert ist.
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