DE10338451A1 - Elektrische Maschine - Google Patents
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Abstract
Es wird eine elektrische Maschine, insbesondere ein Motor für Stellantriebe in Fahrzeugen, angegeben, der ein Gehäuse (16) und eine im Gehäuseinnern angeordnete Kommutierungsvorrichtung (20) aufweist. Um einerseits das Gehäuse (16) kostengünstig und geringgewichtig zu fertigen und andererseits die von der Kommutierungsvorrichtung (20) ausgehende elektromagnetische Störstrahlung abzuschirmen, besteht das Gehäuse (16) aus Kunststoff mit Beimengungen eines magnetisch und/oder elektrisch leitfähigen Materials (Fig. 1).
Description
- Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine, insbesondere einem Elektromotor für Stellantriebe in Fahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Ein bekannter elektromotorischer Antrieb, insbesondere Verstellantrieb für Kraftfahrzeuge (
DE 88 11 966 U1 ), weist einen Kommutatormotor mit einem in einem Gehäuse aufgenommenen Stator, einen vom Stator umschlossenen, auf einer Rotorwelle drehfest sitzenden Rotor mit Rotorwicklung und eine Kommutierungsvorrichtung auf. Die Kommutierungsvorrichtung umfasst einen auf der Rotorwelle befestigten Kommutator mit einer Vielzahl von Kommutatorlamellen, die an die Rotorwicklung angeschlossen sind, und einen am Gehäuse befestigten Bürstenhalter, der in Bürstenführungen verschieblich angeordnete Kommutatorbürsten trägt. Die Kommutatorbürsten sind mittels Bürstenfedern mit ihrer Stirnseite auf die Kommutatorlamellen aufgedrückt. Das Gehäuse ist üblicherweise ein Metallgehäuse. - Vorteile der Erfindung
- Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass einerseits das Gehäuse aus Kunststoff insbesondere bei anspruchsvoller Gehäuseform sehr kostengünstig gefertigt werden kann und andererseits die von der Kommutatorvorrichtung ausgehende elektromagnetische Störstrahlung mit ihren niederfrequenten magnetischen und hochfrequenten elektrostatischen Störanteilen recht gut abgeschirmt werden. Durch entsprechenden Konzentration der Beimengungen werden die vom Gesetzgeber und Kunden geforderten Entstörungsgrade in den abgestrahlten Frequenzbereichen erreicht. Durch die Schirmungseigenschaft des Kunststoffgehäuses ist der Einsatz von sog. Single Chip-Entstörkondensatoren in SMD-Technologie möglich. Durch das Kunststoffgehäuse besitzt die elektrische Maschine ein geringes Gewicht und eine elektrisch nicht oder nur sehr schlecht leitende Oberfläche.
- Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Maschine möglich.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthalten die Beimengungen Stahlfasern. Dadurch werden das elektrische und das magnetische Feld abgeschirmt, und die von diesen ausgehenden Störungen werden nicht oder nur sehr stark reduziert nach außen abgestrahlt.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthalten die Beimengungen Kohlenstoff, vorzugsweise in Form von Ruß. Diese Beimengungen dienen insbesondere zur Abschirmung der hochfrequenten Störungen, wie sie vom elektrostatischen Feld hervorgerufen werden.
- Zeichnung
- Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ausschnittweise eine Seitenansicht eines elektrischen Getriebemotors, teilweise geschnitten, -
2 einen Querschnitt einer Kommutierungsvorrichtung des Getriebemotors in1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, vergrößert dargestellt. - Beschreibung der Ausführungsbeispiele
- Der in
1 ausschnittweise in Seitenansicht und teilweise aufgeschnitten dargestellte Getriebemotor als Ausführungsbeispiel für eine allgemeine elektrische Maschine wird in Fahrzeugen als Stellantrieb z.B. zur Sitzverstellung oder Fensterbetätigung eingesetzt. Er umfasst eine in einem Getriebegehäuse10 aufgenommenes Getriebe, das mit der Antriebswelle eines an das Getriebegehäuse10 angeflanschten Kommutatormotors11 , z.B. eines Gleichstrommotors, gekoppelt ist. Der Kommutatormotor11 weist in bekannter Weise einen Stator12 und einen Rotor13 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der den Rotor13 konzentrisch umschließende Stator12 einen Rückschlußring14 und an der Innenfläche des Rückschlußrings14 um gleiche Umfangswinkel zueinander versetzt angeordnete Permanentmagnetpole15 . Der Rückschlußring14 ist in einem topfförmigen Gehäuse16 befestigt, das mit einem Flansch161 am Getriebegehäuse10 verschraubt ist. Zur Wärmeabfuhr trägt das Gehäuse16 auf seinem Außenumfang in Abstand voneinander angeordnete Rippen162 . Der Rotor13 umfasst einen genuteten Rotorkörper17 und eine Rotorwicklung18 , die in bekannter Weise in die Nuten des Rotorkörpers17 eingewickelt ist. Der Rotor13 sitzt drehfest auf einer Rotorwelle19 , die einerseits im Gehäuse16 und andererseits im Getriebegehäuse10 drehbar gelagert ist und über ein auf der Rotorwelle19 befestigtes Antriebsritzel mit dem Getriebe in Eingriff steht. Räumlich zwischen dem Rotorkörper17 und dem Getriebe ist eine mechanische Kommutierungsvorrichtung20 angeordnet, die einen auf der Rotorwelle19 sitzenden Kommutator21 mit einer Vielzahl von am Umfang angeordneten Kommutatorlamellen211 sowie einen Bürstenhalter22 mit Kommutatorbürsten23 umfasst. Der Bürstenhalter22 weist zwei zum Kommutator21 diametral angeordnete Bürstenköcher24 auf, in denen jeweils eine Kommutatorbürste23 verschieblich einliegt und von einer hier nicht dargestellten Bürstenfeder radial auf den Kommutator21 aufgedrückt wird. - Aus Kosten- und Gewichtsgründen ist das Gehäuse
16 des Kommutatormotors11 aus Kunststoff hergestellt. Die Kommutierungsvorrichtung20 erzeugt im Betrieb des Kommutatormotors11 eine durch Funkenbildung zwischen Kommutatorlamellen211 und Kommutatorbürsten23 verursachte elektromagnetische Strahlung, die durch das Kunststoffgehäuse16 hindurch ungehindert in die Motorumgebung austritt und dort unerwünschte und unzulässige Störungen hervorruft. Um diese elektromagnetische Störstrahlungen abzuschirmen sind dem Kunststoff, aus dem das Gehäuse16 gefertigt ist, Beimengungen aus einem magnetisch leitfähigen Material oder einem elektrisch leitfähigen Material oder sowohl aus einem magnetisch als auch aus einem elektrisch leitfähigen Material beigemischt. Die magnetisch leitfähigen Beimengungen enthalten vorzugsweise Stahlfasern und schirmen weitgehend die niederfrequenten Störungen ab, die von dem beim Kommutierungsvorgang sich ausbildenden magnetischen Feld ausgehen. Für Beimengungen eines elektrisch leitfähigen Materials wird Kohlenstoff verwendet, der vorzugsweise in Form von Ruß dem Kunststoff beigemengt wird. Hierdurch werden insbesondere die hochfrequenten Störungen, die von dem beim Kommutierungsvorgang sich ausbildenden elektrostatischen Feld verursacht werden, gut abgeschirmt. - In
2 ist eine Kommutierungsvorrichtung20' dargestellt, die anstelle der zur1 beschriebenen Kommutierungsvorrichtung20 in den Getriebemotor eingesetzt werden kann. Der Kommutator21' weist einen becherförmigen Kommutatorkörper26 mit einer zylindrischen äußeren Mantelfläche261 , einer zylindrischen inneren Mantelfläche262 und einem Becherboden263 auf. Im Becherboden263 ist eine zentrale Durchtrittsöffnung27 vorgesehen, durch die die Rotorwelle19 hindurchgeführt ist. Der Kommutatorkörper26 ist dabei so auf die Rotorwelle19 aufgesetzt und über den Becherboden263 an dieser abgestützt, dass die Becheröffnung zum Rotorkörper17 (1 ) weist. Der Kommutatorkörper26 besteht aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff und trägt auf seiner inneren Mantelfläche262 die Kommutatorlamellen211 , die wiederum mit Spaltabstand in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind und sich über die axiale Länge des Kommutatorkörpers26 erstrecken. Wie bekannt und hier nicht weiter dargestellt ist, trägt jede Kommutatorlamelle211 an einem Lamellenende einen Anschlusshaken zum Anschließen der Spulen der Anker- oder Rotorwicklung18 . Der Bürstenhalter22' ist entsprechend der Anordnung der Kommutatorlamellen211 im Innern des Kommutatorkörpers16 ebenfalls im Inner des Kommutatorkörpers26 angeordnet. Der Bürstenhalter22' weist einen räumlich feststehenden Tragring28 auf, an dem zwei Bürstenköcher24 diametral angeordnet sind. Jeder Bürstenköcher24 nimmt eine Kommutatorbürste23 auf. Jede Kommutatorbürste23 wird mittels einer nicht dargestellten Bürstenfeder radial auf die Kommutatorlamellen211 gedrückt und steht mit einer elektrischen Anschlusslitze29 in elektrisch leitender Verbindung. - Durch die beschriebene Verlagerung der Kommutatorlamellen
211 und der Kommutatorbürsten23 in das Innere des Kommutatorkörpers26 wird bereits ein großer Teil der vorstehend beschriebenen elektromagnetischen Störstrahlung durch den Kommutator21' selbst abgeschirmt, so dass die verbleibende elektromagnetische Störstrahlung dann durch das wie vorstehend beschrieben ausgebildete Gehäuse16 bis nahe Null reduziert wird und in der unmittelbaren Motorumgebung kein nennenswertes elektromagnetisches Störfeld mehr vorhanden ist. - Die abschirmende Wirkung des Kommutators
21' wird durch verschiedene Maßnahmen noch verbessert. So sind dem Kunststoff, aus dem der Kommutatorkörper26 hergestellt ist, Beimengungen aus einem magnetisch und/oder elektrisch leitfähigen Material zugesetzt. Beispielsweise sind im Kunststoff Stahlfasern integriert oder ist dem Kunststoff Kohlenstoff in Form von Ruß beigemischt. Im ersten Fall werden die in der elektromagnetischen Strahlung enthaltenen niederfrequenten Anteile und im zweiten Fall die höherfrequenten Anteile besser bedämpft. Des weiteren kann der Kommutatorkörper26 aus einem Material hergestellt werden, das per se elektromagnetische Strahlung absorbiert. Möglich ist auch, den Kommutatorkörper26 aus Metall herzustellen und auf der inneren Mantelfläche262 eine Isolierschicht aufzubringen, auf die dann die Kommutatorlamellen211 aufgesetzt werden. Eine weitere Alternative besteht darin, auf die äußere Mantelfläche261 des aus Kunststoff gefertigten Kommutatorkörpers26 eine Schirmung in Form einer metallischen Schicht oder Hülse aufzubringen. - In allen Fällen wird der Becherboden
263 aus einem elektromagnetische Strahlungen absorbierenden Material hergestellt, um auch Störstrahlungen, die sich in Achsrichtung ausbreiten, ausreichend abzuschirmen. - Bei nicht so hohen Anforderungen an den Entstörgrad der elektrischen Maschine kann bei der Verwendung der beschriebenen Kommutierungsvorrichtung
20' das Gehäuse16 auch aus reinem Kunststoff ohne Beimengungen gefertigt werden.
Claims (12)
- Elektrische Maschine, insbesondere Motor für Stellantriebe in Fahrzeugen, mit einem Gehäuse (
16 ) und mit einer im Gehäuseinnern angeordneten Kommutierungsvorrichtung (20 ), dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16 ) aus Kunststoff mit Beimengungen eines magnetisch und/oder elektrisch leitfähigen Materials besteht. - Maschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beimengungen Stahlfasern enthalten.
- Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beimengungen Kohlenstoff enthalten.
- Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff in Form von Ruß beigemengt ist.
- Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 – 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommutierungsvorrichtung (
20' ) einen Kommutator (21' ) mit einem hohlzylindrischen Kommutatorkörper (26 ) und auf der inneren Mantelfläche (261 ) des Kommutatorkörpers (26 ) angeordneten Kommutatorlamellen (211 ) sowie im Innern des Kommutatorkörpers (26 ) angeordnete Kommutatorbürsten (23 ) aufweist, die radial auf die Kommutatorlamellen (211 ) aufgedrückt sind. - Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommutatorkörper (
26 ) aus Kunststoff besteht. - Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommutatorkörper (
26 ) auf seiner äußeren Mantelfläche (261 ) mit einer elektromagnetische Strahlung absorbierenden Beschichtung versehen ist. - Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Kommutatorkörper (
26 ) eine dünne Metallhülse aufgeschoben ist. - Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kunststoff Beimengungen aus einem magnetisch und/oder elektrisch leitfähigen Material zugegeben sind.
- Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beimengungen Stahlfasern enthalten.
- Maschinen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beimengungen Kohlenstoff, vorzugsweise in Form von Ruß, enthalten.
- Maschinen nach einem der Ansprüche 5 – 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommutatorkörper (
26 ) becherförmig mit einer zentralen Durchtrittsöffnung (27 ) für eine Rotorwelle (19 ) in seinem Becherboden (263 ) ausgebildet ist.
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