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Die
Erfindung betrifft Elektromotoren, insbesondere bürstenkommutierte
Elektromotoren.
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Bürstenkommutierte
Gleichstrommotoren weisen unter anderem einen Stator und einen auf
einer Motorachse aufgebrachten Rotor auf, welcher innerhalb des
Stators durch ein wechselndes Magnetfeld bewegt wird. Derartige
Elektromotoren weisen außerdem
eine Kommutatorvorrichtung auf, welche aus Kommutatorlamellen besteht,
die auf der Motorachse fest aufgebracht sind und Bürsten, die über die
Kommutatorlamellen streichen. Die Bürsten sind auf einer sogenannten
Bürstenbrücke angeordnet, die
fest mit dem Motorgehäuse
in Verbindung steht. Die Bürsten
und die Kommutatorlamellen interagieren bei Drehung der Motorachse
derart, dass eine Kommutation bzw. Stromwendung erreicht wird. Die Stromwendung
ist für
die Drehbewegung eines mit Gleichstrom betriebenen Elektromotors
notwendig. Die Frequenz der Stromwendung ist proportional zur Drehzahl
der Motorwelle und abhängig
von der Anzahl der magnetischen Polpaare. Elektromotoren mit Bürsten führen die
Stromwendung mechanisch über den
Kommutator durch. Die Bürsten
werden dabei über
Federn auf den mit der Motorwelle konzentrischen Kommutator gedrückt. Der
von außen
kommende Gleichstrom zum Antreiben des Motors fließt durch
die Bürsten über die
Kommutatorlamellen des Kommutators in die Erregerwicklungen des
Rotors. Durch die Drehbewegung werden aufeinanderfolgende Lamellen
des Kommutators mit Strom versorgt, so dass der Strom in den Erregerwicklungen
zyklisch gewendet wird. Nachteilig ist, dass bürstenkommutierte Gleichstrommotoren
im Bereich der Bürsten und
Kommutatorlamellen elektromagnetische Störungen erzeugen. Diese entstehen
insbesondere beim Übergang
der Bürste
zwischen aufeinanderfolgenden Kommutatorlamellen. Die Störungen breiten sich
von den Bürsten- bzw. Kommutatorlamellen nach
außen,
also außerhalb
des Motortopfes aus und generieren hier ein erhöhtes Maß an Funkstörungen. Um diese sogenannten
elektromagnetischen Funkstörungen
zu verhindern, werden Filtermaßnahmen mit in
der Regel sehr hoher Stromtragfähigkeit
benötigt.
Diese umfassen beispielsweise auf dem Kommutator aufgebrachte Varistorscheiben,
die für
hohe Leistungsklassen in Bezug auf die Lebensdauerfestigkeit und
die Prozesssicherheit Risiken bergen. Werden diese Filtermaßnahmen
nur mit Entstörkondensatoren
und/oder Drosseln realisiert, um die mit weiteren elektronischen
Komponenten, wie Varistorscheiben, verbundenen Probleme zu umgehen,
so wird nicht das gewünschte
Maß an
Unterdrückung der
elektromagnetischen Störungen
erreicht.
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Es
ist auch bekannt, eine externe Elektronik mit einer Abschirmung
zu versehen, die beispielsweise als leitende Kupferschicht auf der
Rückseite
einer gedruckten Schaltung angeordnet sein kann. Nachteilig an dieser
bekannten Lösung
ist jedoch, dass sich der Schutz nur auf die spezifische gedruckte Schaltung
erstreckt, die Störungen
sozusagen lediglich davon abgehalten werden, in die Schaltung einzukoppeln.
Diese Lösung
gemäß dem Stand
der Technik vermag jedoch nicht zu verhindern, dass sich die Störungen vom
Kommutatorsystem aus dem Motortopf hinaus ausbreiten und den Betrieb
anderer empfindlicher elektronischer Komponenten oder Funkempfänger stören können.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen bürstenkommutierten
Elektromotor bereitzustellen, welcher ein reduziertes Maß an elektromagnetischen
Störungen
erzeugt. Insbesondere stellt sich die vorliegende Erfindung zur
Aufgabe, elektromagnetische Störungen
eines bürstenkommutierten
Elektromotors zu reduzieren, ohne hierfür Durchführungsfilter, Varistorscheiben
und Entstörkondensatoren
einzusetzen bzw. zu verbessern.
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Gemäß einem
vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Elektromotor
geschaffen mit einem Kommutator und korrespondierenden Kommutatorbürsten, einem
Motorgehäuse,
welches die beweglichen Motorelemente teilweise umschließt und einer
Bürstenbrücke, wobei
ein Abschirmblech zur elektromagnetischen Abschirmung des Kommutators
und der Kommutatorbürsten
vorgesehen ist, welches motoraußenseitig
zur Bürstenbrücke angeordnet
ist und separat und flächig
die Bürstenbrücke abdeckt
und mit dem Motorgehäuse
eine elektrisch leitfähige
Verbindung aufweist. Auf diese Art und Weise werden die beweglichen Komponenten,
insbesondere der Kommutator und die Kommutatorbürsten von einem geschlossenen
leitfähigen
Gehäuse umgeben.
Elektromagnetische Störungen,
welche innerhalb des Gehäuses
entstehen, können
auf diese Art und Weise nur in verminderter Form nach außen dringen.
Vorteilhaft wird das Abschirmblech zwischen dem Bürstensystem
und den als Antenne wirksamen Leiter- oder Anschlusselementen angeordnet,
wodurch gerade die besonders kritischen elektromagnetischen Störungen der
Bürstenbrücke an der
Ausbreitung gehindert werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das
Abschirmblech eine elektrische Verbindung zum Motorgehäuse aufweist,
so dass insgesamt eine geschlossene, elektrisch leitfähige Umhüllung des
Motors gegeben ist. Das Abschirmblech schließt den Motortopf radial von
der Motorachse abstehend bzw. diese umgebend zur Motoraußenseite
hin ab. Dadurch wird vorteilhaft ein Abschirmungseffekt in axialer
Richtung erreicht.
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Gemäß einem
weiteren vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das
Abschirmblech an seinem Umfang ein oder mehrere Federsegmente auf,
welche ausgestaltet sind, um mit dem Motorgehäuse oder dem Endflanscheine
mechanisch stabile und elektrisch leitfähige Kontaktierung zu bewirken. Erfindungsgemäß ist insoweit
vorgesehen, dass beim Einfügen
des separaten Abschirmbleches bei der Herstellung oder dem Zusammenbau
des erfindungsgemäßen Elektromotors
die am Umfang befindlichen Bereiche des Abschirmbleches zuverlässig mechanisch
und elektrisch mit dem übrigen
Motorgehäuse
gekoppelt werden. Hierfür
sind besonders vorteilhaft sogenannte Federsegmente vorzusehen, welche
in den unterschiedlichsten Formen ausgestaltet sein können. Entscheidend
ist, dass die Federsegmente derart ausgestaltet sind, dass sie beim Einfügen des
Abschirmbleches in das Motorgehäuse unter
Spannung gesetzt werden, so dass sie danach mit einem bestimmten
vordefinierten Druck auf das Motorgehäuse drücken und so die zuverlässige mechanisch-elektrische
Verbindung gewährleisten.
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Gemäß einem
weiteren vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die
Bürstenbrücke des Motors
in einen Bürstenträger zur
Motorinnenseite und ein Vorderteil unterteilt, welches weitere elektrische
Entstörvorrichtungen
und Leit mittel zum motoraußenseitigen
Bereitstellen elektrischer Kopplungen aufweist, wobei vorteilhaft
das Abschirmblech zwischen der Bürstenbrücke und
dem Vorderteil angeordnet ist. Auf diese Art und Weise werden die elektromagnetischen
Störungen,
die von der Bürstenbrücke bzw.
den Kommutatorbürsten
ausgehen, daran gehindert, auf die motoraußenseitigen als Antenne wirkenden
Leitelemente einzukoppeln und so die Filtermaßnahmen zu überbrücken.
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Gemäß einem
weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung weist das Abschirmblech
einen vorgeprägten
Butzen zur Anbindung eines Y-Kondensators auf. Insoweit sind auch
am Abschirmblech Ausgestaltungen vorgesehen, welche die Anbindung
der typischen Entstörelemente,
wie z. B. Y-Kondensatoren, ermöglichen.
Dies ermöglicht
insbesondere sehr vorteilhaft die Anordnung des Abschirmbleches
zwischen der Bürstenbrücke und
den anderen Motorteilen, insbesondere dem zuvor erwähnten Vorderteil. Dieser
vorteilhafte Aspekt der Erfindung bezieht sich auch darauf, dass
das Abschirmblech Öffnungen
zur Durchführung
der Drosselanschlüsse
aufweisen kann.
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels der Erfindung
unter Bezugnahe auf die beigefügten
Figuren beispielhaft erläutert. Es
zeigt
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1 eine
schematische Darstellung der Funktionsweise der vorliegenden Erfindung,
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2 eine
Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Motors,
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3 eine
Ausschnittvergrößerung,
ebenfalls in Explosionsdarstellung, eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung,
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4 eine
Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung, und
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5 eine
weitere perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung.
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1(a) zeigt eine schematische Darstellung
der Funktionsweise der vorliegenden Erfindung. Demnach wird im Elektromotor
M am Kommutator eine elektromagnetische Störung erzeugt, welche durch
die gewellten Pfeile angedeutet ist. Diese breiten sich über die
Entstörelemente,
welche hier vereinfacht als Spulen L und einen Kondensatoren C dargestellt
sind, aus. Außerdem
gelangen aufgrund der hochfrequenten Anteile der elektromagnetischen Störungen auch
Störungen
an den Entstörkomponenten
L und C vorbei zu den elektrischen Leitungen außerhalb der elektrischen Komponenten
L und C. 1(b) zeigt nun die Anordnung
mit dem erfindungsgemäßen Abschirmblech
in einer schematisierten Darstellung. Demnach können insbesondere die Störungen aus
dem Kommutatorbereich, welche sich nicht leitungsgebunden ausbreiten,
nicht mehr außerhalb
des abgeschirmten Motorbereiches gelangen. Vorteilhafte Aspekte
der Erfindung beruhen demnach auf der Erkenntnis, dass eine umfassende Abschirmung
des Motorbereiches, in dem elektromagnetische Störungen erzeugt werden, erforderlich
ist und sich positiv auswirken kann.
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2 zeigt
eine Explosionsdarstellung eines Elektromotors, welcher gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgestaltet ist. Das Motorgehäuse 1 besteht im vorliegenden
Fall aus einem Motortopf, welcher zu einer Seite geöffnet ist.
Von dort aus kann der Stator 2, das Ankerpaket 3,
welches sich auf der Rotorwelle 11 befindet, inklusive
des Kommutators 4 in den Motortopf 1 eingeführt werden.
Innenseitig ist die Motorwelle in einer Lagerung 9 gelagert.
Von der gegenüberliegenden
Seite schließt
die Bürstenbrücke 5, auf
dessen Motorinnenseite der Bürstenträger 23 angeordnet
ist, den Motortopf ab. Die Lagerung 8 stellt die vorderseitige
Lagerung für
die Motorwelle 11 dar. Über
die vier Drosseln 7 gelangt der Strom über die Leiter 10 zu
den Bürstenanordnungen 6.
Bei der vorliegenden Anordnung sind vier Bürstenanordnungen 6 vorgesehen.
Diese liegen auf den Kommutatorlamellen 12 des Kommutators 4 auf
und ermöglichen die
wechselnde Polarisierung, die den Betrieb eines Elektromotors nach
der hier dargestellten Ausgestaltung ermöglichen.
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3 zeigt
die Bürstenbrücke 5 der
vorliegenden Erfindung nochmals in einer vergrößerten Darstellung. Demnach
besteht die Bürstenbrücke 5 aus
einem Vorderteil 22, auf welchem Leiterelemente 26 und 27 sowie
Y-Kondensatoren 28 angeordnet sind. Weiter zur Motorinnenseite,
also in Richtung des Topfes 1 des Motors, ist das erfindungsgemäße Abschirmblech 21 angeordnet.
Dieses weist Federsegmente 24 am äußeren Umfang sowie Öffnungen 25 zur
Durchführung
von Drosselanschlüssen
auf. Noch weiter zum Inneren des Motors hin ist der Bürstenträger 23 angeordnet,
auf welcher, wie aus 1 zu entnehmen ist, die Drosseln
und Bürsten
angeordnet sind.
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4 zeigt
eine Schnittdarstellung durch die Bürstenbrücke, das Abschirmblech und
das Vorderteil gemäß 3 bzw. 2 in
zusammengefügter Position.
Entsprechend wird die dort in Schnittdarstellung dargestellte Bürstenanordnung 6,
welche eine Bürste 32 umfasst.
Die Bürste 32 wird
durch die Feder 33 auf die Kommutatorlamellen 12 des
Kommutators 4 gedrückt.
Die Bürste 32 steht
mittels des elektrischen Leiters 10 in elektrischem Kontakt
mit der Drossel 7. Die Drossel 7 ist mit einem
Leiterelement 26 durch eine Öffnung 25 gekoppelt.
Das Leiterelement 26 befindet sich auf der motorabgewandten
Seite. Die Öffnung 25 ist
nicht nur in der Bürstenbrücke 23,
sondern auch in dem erfindungsgemäßen Abschirmblech 21 vorgesehen.
Das Abschirmblech 21 befindet sich gemäß dieser vorteilhaften Ausgestaltung
in engem Kontakt mit der Bürstenbrücke und dem
Vorderteil 22. Außerdem
weist das Abschirmblech gemäß dieser
Schnittdarstellung Federsegmente 24 auf, welche sich oben
gegen das Gehäuse des
Motors, insbesondere eines Motortopfes 1 schmiegen. Diese
stellen den gewünschten
elektrischen und mechanischen Kontakt zwischen Gehäuse und
Abschirmblech her. Weiter ist die Motorachse 11 angedeutet,
auf welche der Kommutator aufgelagert ist, und das Lager 8 im
Querschnitt sowie ein Anschlusskabel 29 und ein Y-Kondensator 28.
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5 zeigt
eine weitere perspektivische Ansicht des Vorderteils 22,
auf welchem die Leiterelemente 27 und 26 sowie
die Y-Kondensatoren 28 angeordnet sind. Ein wesentlicher
Effekt des erfindungsgemäßen Abschirmbleches 21,
dessen Federsegmente 24 unterhalb des Vorderteils 22 angedeutet
sind, besteht darin, die Leiterelemente 26 und 27 vor
einer Einkopplung der von den Bürsten
verursachten elektromagnetischen Störungen zu bewahren. Die Halterungen 41 für die Bürsten sind
in 5 ebenfalls durch die Öffnung für die Motorachse zu sehen.
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6 zeigt
eine vereinfachte Schnittdarstellung durch eine Anordnung gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Auch hier ist der Motor mit einer Ankergruppe 3 innerhalb
des Stators 2 ausgestaltet, wobei die Ankergruppe 3 auf
der Welle 11 aufgelagert ist. Auf der Welle sind ebenfalls
die Kommutatorwellen 12 aufgebracht. Die Welle ist in der
Lagerung 9 gelagert. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das erfindungsgemäße Abschirmblech 21 auf
den Bürstenträger 23 aufsteckbar,
so dass beim Zusammenfügen
des Gehäuses 1 und
des Endflansches 34 das Abschirmblech 21 zwischen
dem Bürstenträger 23 und
dem Vorderteil 22 eingefügt wird. Außerdem sind die Bürstenanordnung 6 mit
Bürste 32,
Zuleitungskabeln 10 und Drossel 7 dargestellt.