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Dokumentenidentifikation DE3787363T2 10.03.1994
EP-Veröffentlichungsnummer 0277431
Titel Zwei-Drehzahlmotor.
Anmelder Siemens Automotive Ltd., Chatham, Ontario, CA
Erfinder Kershaw, Peter A, Ontario N6K 1S4, CA
Vertreter Fuchs, F., Dr.-Ing., Pat.-Anw., 81541 München
DE-Aktenzeichen 3787363
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, ES, FR, GB, GR, IT, LI, LU, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 30.12.1987
EP-Aktenzeichen 873115273
EP-Offenlegungsdatum 10.08.1988
EP date of grant 08.09.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.03.1994
IPC-Hauptklasse H02K 23/36

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft Elektromotoren.

In der Kraftfahrzeugbranche werden Gleichstrommotoren für zwei Drehzahlen gefordert. Solche Motoren werden beispielsweise als Antriebe für Kühlgebläse von Motoren verwendet, und allgemein werden als Gebläseantrieb Gleichstrommotoren mit Permanentmagneten bevorzugt. Ein Motorkühlgebläse wird normalerweise mit einer kleinen Drehzahl im normalen Betrieb eines Fahrzeugs angetrieben. Für außergewöhnliche Bedingungen beispielsweise bei schwerer Zuladung des Fahrzeugs und hoher Umgebungstemperatur ist jedoch eine hohe Gebläsedrehzahl erforderlich.

Es ist bekannt, die beiden Drehzahlen dadurch zu erreichen, daß man für eine hohe Drehzahl die volle Spannung an den Motor anlegt und für die untere Drehzahl einen Spannungsabfall an einem in Reihe mit dem Motor liegenden Widerstand vorsieht. Dabei tritt aber ein Leistungsverlust im Widerstand auf, und bei geringer Drehzahl ist der Wirkungsgrad des Gebläseantriebs erheblich verringert. Dies ist nicht wünschenswert, insbesondere weil der Motor während seiner längeren Betriebszeit bei geringer Drehzahl arbeitet.

GB-A-2 041 677 erläutert einen Elektromotor mit einem Gehäuse, mit am Gehäuse angeordneten Magneten und einem Anker in dem Gehäuse, wobei der Anker eine drehbar im Gehäuse gelagerte Welle und erste und zweite Wicklungen zwecks Rotation des Ankers aufweist, und einen an die ersten Wicklungen angeschlossenen ersten Kommutator und einen an die zweiten Wicklungen angeschlossenen zweiten Kommutator, erste Bürsten am Gehäuse für den ersten Kommutator und zweite Bürsten am Gehäuse für den zweiten Kommutator, wobei Mittel zum wahlweisen Anlegen einer Spannung entweder allein an die ersten Bürsten oder mindestens an die zweiten Bürsten vorgesehen sind, so daß der Anker wahlweise mit einer ersten oder einer zweiten Drehzahl rotiert.

So kann bei dem bekannten Elektromotor die gleiche Gleichspannung an dem Motor für die erste und die zweite Drehzahl angelegt werden und erhält man damit für beide Drehzahlen einen zufriedenstellenden Wirkungsgrad. Die beiden Kommutatoren sind jedoch axial am Motor angeordnet und verlängern die axiale Baulänge. Dies ist für viele Anwendungsfälle nicht erwünscht.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Elektromotor zu schaffen, der die Nachteile des bekannten Elektromotors verringert.

Erfindungsgemäß ist ein Elektromotor der vorbeschriebenen Art dadurch gekennzeichnet, daß der Anker eine sich radial von der Welle erstreckende Montageplatte aufweist, die auf einer Seite die ersten und zweiten Wicklungen trägt, daß einer der Kommutatoren eine sich radial erstreckende Fläche auf der einen Seite der Montageplatte aufweist und daß der andere Kommutator eine zylindrische Fläche aufweist, die koaxial zur Welle liegt und auf der gegenüberliegenden Seite der Montageplatte angeordnet ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Elektromotor als Gleichstrommotor für zwei Drehzahlen vorgesehen, bei dem vorzugsweise der erste Kommutator so angeschlossen ist, daß von den ersten Bürsten Gleichspannung nur an die ersten Wicklungen zwecks Rotation des Ankers mit einer ersten Drehzahl angelegt wird und der zweite Kommutator so angeschlossen ist, daß von den zweiten Bürsten die gleiche Spannung an beide erste und zweite Wicklungen zwecks Rotation des Ankers mit einer zweiten Drehzahl angelegt ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Magnete mehrere Permanentmagnete auf und ferner an der Montageplatte angeordnete Lamellen sowie mehrere sich radial erstreckende Arme, die zwischen sich mehrere Nuten am Umfang zur Aufnahme von Spulen bilden und die ersten und zweiten Wicklungen von in den Nuten eingesetzten ersten und zweiten Spulen gebildet sind.

Vorzugsweise wird über die zweiten Bürsten die Gleichspannung in Reihe an beide erste und zweite Wicklungen derart angelegt, daß die zweite Drehzahl kleiner ist als die erste Drehzahl.

Vorzugsweise sind die Drähte für die zweiten Wicklungen schwächer als für die ersten Wicklungen.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Permanentmagnetgleichstrommotor der Erfindung für zwei Drehzahlen;

Fig. 2 eine Endansicht des Motors von rechts in Fig. 1 (teilweise weggebrochen), wobei zur Deutlichkeit die Spulenwicklungen weggelassen sind;

Fig. 3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt des Ankers für den Motor der Fig. 1 und 2 teilweise zusammengebaut;

Fig. 4 ein Schaltschema des Anschlusses der Gleichspannungsquelle an die Motorwicklungen für eine hohe Drehzahl und

Fig. 5 ein Schaltschema des Anschlusses der Gleichstromquelle an die Motorwicklungen für die langsame Motordrehzahl.

In der Zeichnung besitzt ein Permanentmagnetgleichstrommotor für zwei Drehzahlen ein Gehäuse mit einem zylindrischen Teil 12 und Stirnplatten 14, 16. Sechs bogenförmige Permanentmagnete 18 sind in gleichen Winkelabständen am Inneren des Gehäuseteils 12 befestigt.

Ein Anker hat eine Welle 20, die von Lagern 22, 24 in den Stirnplatten 14, 16 drehbar gelagert ist. Eine Ankermontageplatte 26 ist an der Welle 20 mittels einer Nabe 28 befestigt. Die Ankermontageplatte 26 hat radiale Arme 30, die gemäß Fig. 2 ringförmig beabstandete Nuten zur Aufnahme von Spulen besitzt. Fig. 1 zeigt eine Reihe von ringförmigen Lamellen 31 ähnlicher Gestalt, die eine axiale Verlängerung der Arme 30 bilden und Kerne definieren, um die zwei Spulensätze gewickelt sind, die in den Fig. 1 und 3 in gestrichelten Linien bei 72 und 74 angedeutet sind. Die Wicklungen für die untere und obere Drehzahl sind in den Zeichnungen nicht spezifisch dargestellt, doch wird der Fachmann die Art dieser Wicklungen aus der folgenden Beschreibung entnehmen.

Ein radialer Kommutator 32 ist an der Ankermontageplatte 26 angeordnet und seine sich radial erstreckende Kommutatorfläche besteht aus einer Reihe von Kommutatorlamellen 34, die paarweise entgegengesetzt von zwei Kommutatorbürsten 36 und 38 abgegriffen werden, die an der Stirnplatte 14 befestigt sind. Die Bürsten 36 und 38 werden durch Federn 42 in Anlage an die einander entgegengesetzten radialen Kommutatorlamellen 34 gedrückt. Die Kommutatorbürsten 36 und 38 sind an Leitungen 44 und 46 angeschlossen. Wie üblich ist der radiale Kommutator 32 mit einer Reihe von Kommutatorfahnen bzw. Haken 48 versehen, deren Anzahl der Anzahl der Lamellen 34 entspricht, über die die Lamellen mit den Spulen 72 verbunden sind. Die Haken 48 ragen aus der dem Kommutator 32 gegenüberliegenden Seite der Ankermontageplatte 26 heraus.

Ein zylindrischer Kommutator 50 ist auf der Welle 20 zwischen der Nabe 28 und der Stirnplatte 16 angeordnet und hat eine zylindrische Kommutatorfläche mit einer Reihe von Kornmutatorlamellen 32, deren gegenüberliegende Paare von zwei Kommutatorbürsten 54 und 56 abgegriffen werden, die an der Stirnplatte 16 befestigt sind. Die Bürsten 54 und 56 werden an die zylindrischen Kommutatorlamellen 52 durch Federn 58 angedrückt. Die Kommutatorbürsten 54 und 56 sind an Leitungen 62 bzw. 64 angeschlossen. Ebenso sind an der zylindrischen Kommutatorfläche 52 Anschlußfahnen bzw. Haken 66 vorgesehen, deren Anzahl der Zahl der Lamellen 52 entspricht, und über die die Lamellen an die Wicklungen 74 angeschlossen sind. Die Haken 66 liegen neben der Nabe 28.

Eine Isolierscheibe 68 ist zwischen der Nabe 28 und dem Kornmutator 50 angeordnet und erstreckt sich radial zwischen den Haken 48 des radialen Kommutators und den Haken 66 des zylindrischen Kommutators.

Die Wicklungen 72 und 74 sind gemäß Fig. 1 und 3 um die Arme 30 des Ankers 26 gewickelt. Ein Satz Wicklungen 72 ist an die Haken 48 des radialen Kommutators und der andere Satz Wicklungen 74 an die Haken 66 des zylindrischen Kommutators angeschlossen. Beim Zusammenbau des Ankers gemäß Fig. 3 wird der erste Satz Wicklungen 72 um die Ankerarme 30 gewickelt und erfolgt dann der Anschuß an die Haken 48 des radialen Kommutators. Die Isolierscheibe 68 wird dann über die Haken 48 angebracht, und der zylindrische Kommutator 50 wird auf die Welle 20 aufgeschoben.

Der zweite Satz Wicklungen wird dann um die Ankerarme 30 gewickelt, und die entsprechenden Anschlüsse erfolgen an dem Haken 66 des zylindrischen Kommutators. Der zylindrische Kommutator 50 wird dann in seine endgültige Lage neben der Nabe 28 geschoben. Dann kann der fertige Anker in das Motorgehäuse eingesetzt werden.

Die Fig. 4 und 5 zeigen, daß eine Bürste 36 des Kommutators 32 über eine Leitung 44 und einen Schaltkontakt 76 an den positiven Pol einer Gleichstromquelle angeschlossen ist und die andere Bürste 38 über eine Leitung 46 an den negativen Pol. Eine Bürste 54 des Kommutators 50 ist über die Leitung 62 an die Bürste 36 des Kommutators 32 angeschlossen und die Bürste 56 über eine Leitung 64 und einen Schaltkontakt 78 des Schalters an den positiven Pol der Gleichstromquelle. Fig. 4 zeigt die Stellung der Schaltkontakte 76 und 78 für die hohe Motordrehzahl. Somit steht positive Gleichspannung an der Bürste 36 des Kommutators 32 über den geschlossenen Schaltkontakt 76 an, während Schaltkontakt 78 offen ist, so daß Strom nur durch den ersten Satz Wicklungen 72 flieht und der Motor mit hoher Drehzahl arbeitet. Fig. 5 zeigt die Stellung der Schaltkontakte 76 und 78 für die niedrige Drehzahl. An der Bürste 56 des Kommutators 50 steht über den geschlossenen Schaltkontakt 78 positive Gleichspannung an, wobei der Schaltkontakt 76 offen ist, so daß Strom durch den ersten und zweiten Satz der in Reihe geschalteten Wicklungen 74 und 72 fließt und der Motor mit der niedrigen Drehzahl arbeitet.

Die Wicklungen sind passend ausgebildet, beispielsweise als Wellenwicklungen oder einfach überlappte Wicklungen. Auch ist die Polzahl der magnetischen Pole wählbar. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Wicklungen Wellenwicklungen und erfordern zwei Bürsten nur für jeden Kommutator. Es sind drei Polpaare vorgesehen, also insgesamt sechs Magnetpole. Aus der vorstehenden Beschreibung erkennt der Fachmann ohne weiteres, in welcher spezifischen Weise die Wicklungen 72 und 74 in den Ankernuten der Arme 30 angeordnet und elektrisch mit den Anschlußfahnen 48 und 66 verbunden werden.

Beim Antrieb eines Motorkühlgebläses arbeitet der Motor gewöhnlich mit der niedrigen Drehzahl. Beim Auftreten bestimmter außerordentlicher Zustände wird Gleichstrom dem radialen Kommutator 32 und damit den Wicklungen für die hohe Drehzahl zugeführt, so daß der Motor mit der hohen Drehzahl arbeitet. Ein Wechsel von der niedrigen zur hohen Drehzahl und umgekehrt wird in passender Weise gesteuert, beispielsweise mit einem Thermostat, der die Notortemperatur oder Kühlmitteltemperatur erfaßt.

Da die gleiche Gleichstromspannung an den Motor für beide Drehzahlen angelegt wird, erhält man einen zufriedenstellenden Wirkungsgrad für die untere und die obere Drehzahl. Untersuchungen gaben gezeigt, daß die Wirkungsgrade für die untere und obere Drehzahl im unteren bis mittleren Bereich von 60% liegen. Die zweiten Wicklungen 74 können aus Drähten kleineren Durchmessers als die Drähte der ersten Wicklungen 72 hergestellt sein. Die Kombination aus einer Vergrößerung der Gesamtzahl der Drahtwindungen pro Spule und der Verringerung des Drahtdurchmessers hat die Wirkung, daß die Drehzahl des Ankers im Leerlauf verringert wird und die zum Anhalten führende Überlastung verkleinert wird, wobei die Ankerdrehzahl auf Null zurückgeht. Diese Eigenschaft hat die Wirkung, daß die Ankerdrehzahl für jede Last verringert wird, wobei der Ankerwirkungsgrad sich wenig ändert. Gleiche Drahtdurchmesser für beide Wicklungen würden nur eine kleinere Ankerdrehzahl im Leerlauf bedingen und würden nicht zu einer Drehmomentänderung führen, um den Anker zum Halten zu bringen.

In dem vorbeschriebenen Beispiel erhält man die hohe Drehzahl mit nur einem einzigen Satz Wicklungen und die niedrige Drehzahl mit den ersten und zweiten Wicklungen in Reiheschaltung. Insbesondere dann, wenn die ersten und zweiten Wicklungen die gleiche Windungszahl pro Spule und gleiche Drahtdurchmesser besitzen, kann andererseits die hohe Drehzahl auch durch eine Parallelschaltung der ersten und zweiten Wicklungen erhalten werden, d. h. die gleiche Gleichspannung steht an beiden Kommutatoren an, während man die untere Drehzahl durch Abschalten der Gleichspannung an einem der Kommutatoren erhält, so daß nur ein Satz Wicklungen benutzt wird. Dann ist aber der Motorwirkungsgrad bei geringer Drehzahl kleiner als in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel.

Andere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich für den Fachmann, und der Schutzumfang ergibt sich aus den folgenden Ansprüchen.


Anspruch[de]

1. Elektromotor mit einem Gehäuse (12, 14, 16), mit am Gehäuse angeordneten Magneten (18) und einem Anker (20, 26) in dem Gehäuse, wobei der Anker eine drehbar im Gehäuse gelagerte Welle (20) und erste und zweite Wicklungen (72, 74) zwecks Rotation des Ankers aufweist, und einen an die ersten Wicklungen (72) angeschlossenen ersten Kommutator (32) und einen an die zweiten Wicklungen angeschlossenen zweiten Kommutator (50), erste Bürsten (36, 38) am Gehäuse für den ersten Kommutator (32) und zweite Bürsten (56) am Gehäuse für den zweiten Kommutator (50), wobei Mittel zum wahlweisen Anlegen einer Spannung entweder allein an die ersten Bürsten (36, 38) oder mindestens an die zweiten Bürsten (56) vorgesehen sind, so daß der Anker wahlweise mit einer ersten oder einer zweiten Drehzahl rotiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker eine sich radial von der Welle (20) erstreckende Montageplatte (26) aufweist, die auf einer Seite die ersten und zweiten Wicklungen (72, 74) trägt, daß einer der Kommutatoren eine sich radial erstreckende Fläche (34) auf der einen Seite der Montageplatte (26) aufweist und daß der andere Kommutator eine zylindrische Fläche (52) aufweist, die koaxial zur Welle (20) liegt und auf der gegenüberliegenden Seite der Montageplatte (26) angeordnet ist.

2. Elektromotor nach Anspruch 1 als Gleichstrommotor für zwei Drehzahlen, wobei der erste Kommutator (32) so angeschlossen ist, daß von den ersten Bürsten (36, 38) Gleichspannung nur an die ersten Wicklungen (72) zwecks Rotation des Ankers (20, 26) mit einer ersten Drehzahl angelegt wird und der zweite Kommutator (50) so angeschlossen ist, daß von den zweiten Bürsten (56) die gleiche Spannung an beide erste und zweite Wicklungen zwecks Rotation des Ankers (20, 26) mit einer zweiten Drehzahl angelegt ist.

3. Gleichstromelektromotor für zwei Drehzahlen nach Anspruch 2, wobei die Magnete mehrere am Gehäuse angeordnete Permanentmagnete (18) aufweisen und ferner an der Montageplatte (26) angeordnete Lamellen (31) sowie mehrere sich radial erstreckende Arme (30) vorgesehen sind, die zwischen sich mehrere Nuten am Umfang zur Aufnahme von Spulen bilden und die ersten und zweiten Wicklungen von in den Nuten eingesetzten ersten und zweiten Spulen gebildet sind.

4. Gleichstromelektromotor für zwei Drehzahlen nach Anspruch 2 oder 3, wobei über die zweiten Bürsten (56) die Gleichspannung in Reihe an beide erste und zweite Wicklungen derart angelegt wird, daß die zweite Drehzahl kleiner ist als die erste Drehzahl.

5. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drähte für die zweiten Wicklungen schwächer sind als für die ersten Wicklungen.







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