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Title:
COMMUTATOR FOR AN ELECTRIC MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/040653
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a commutator (1) having contact segments (4) disposed at a distance from each other, forming a commutator face (8), each contact segment being firmly connected to a fastening section of a metallic segment support part (6) in a conducting manner. The commutator further has a hub body (3) made of an electrically insulating material, the body carrying the segment parts (4), which are also disposed at a distance from each other. Each of the segment parts is provided with a coil connection hook (7) at an axial section. According to the invention, it is provided that at least one recess (12) is placed in the axial section (6).

Inventors:
NEUBAUER ACHIM (DE)
ALTMEYER DIRK (DE)
PIERSON ANDREW (DE)
Application Number:
PCT/EP2007/060109
Publication Date:
April 10, 2008
Filing Date:
September 24, 2007
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
NEUBAUER ACHIM (DE)
ALTMEYER DIRK (DE)
PIERSON ANDREW (DE)
International Classes:
H01R39/32; H02K13/04
Foreign References:
DE4241407A11994-06-16
EP0935331A11999-08-11
DE19652840A11997-06-26
EP0529911A21993-03-03
US20050046301A12005-03-03
Attorney, Agent or Firm:
ROBERT BOSCH GMBH (Stuttgart, DE)
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Claims:

Ansprüche

1. Kommutator (1) mit eine Bürstenlauffläche bildenden, voneinander distanzierten Kontaktsegmenten (9), die jeweils mit einem Befestigungsabschnitt (5) eines metallischen Segmenttragteils (4) fest und elektrisch leitend verbunden sind, und mit einem Nabenkörper (3) aus einem elektrisch isolierenden Material, der die ebenfalls voneinander distanzierten Segmenttragteile

(4) trägt, welche jeweils an einem Axialabschnitt (6) mit einem Wicklungsanschlusshaken (7) versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Axialabschnitt (6) mindestens eine Ausnehmung ( 12 ) eingebracht ist.

2. Kommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Nabenkörper (3) in die Ausnehmung (12) radial hinein erstreckt.

3. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (5) verankerungskrallenfrei ausgebildet ist.

4. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (12) im übergangsbereich zu dem Befestigungsabschnitt (5) angeordnet ist.

5. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (12) mit axialem Abstand zu dem Befestigungsabschnitt (5) angeordnet ist.

6. Kommutator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (12) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, bogenförmig, insbesondere kreisförmig konturiert ist.

7. Kommutator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabenkörper (3) aus einem Pressstoff, insbesondere aus duroplastischem Material mit Verfestigungselementen, ausgebildet ist.

8. Kommutator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommutator (1) als Plankommutator mit einer ebenen Bürstenlauffläche (8) ausgebildet ist, und dass der Befestigungsabschitt (5) einen Radialabschnitt bildet.

9. Kommutator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass axial benachbart zu der dem Wicklungsanschlusshaken (7) gegenüberliegenden axialen Ende des Axialabschnitts (6) ein Kontaktsegment (9) zumindest abschnittsweise randseitig überdeckender Umfangs- wandabschnitt (11) des Nabenkörpers (3) vorgesehen ist.

10. Kommutator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommutator (1) eine außenumfangsseitige Bürstenlauffläche (8) aufweist, und dass der

Befestigungsabschnitt (5) axial an den Axialabschnitt (6) anschließt.

Description:

Beschreibung

Titel

Kommutator für eine elektrische Maschine

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Kommutator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der WO 02/19478 Al ist ein Haken-Kommutator für einen Elektromotoranker bekannt. Der bekannte Kommutator weist eine Vielzahl von voneinander distanzierten, metallischen Segmenttragteilen mit jeweils einem in einem Nabenkörper verkrallten Befestigungsabschnitt auf, der mit einem Kohlekontaktsegment fest und elektrisch leitend verbunden ist, wobei die Kontaktsegmente in Summe eine Bürstenlauffläche bilden. An den Befestigungsabschnitt des Segmenttragteils schließt in axialer Richtung ein Axialabschnitt an, an dem endseitig ein Wicklungsanschlusshaken vorgesehen ist, mit dem ein Wicklungsdraht elektrisch verbindbar ist. Bei der Herstellung des Elektromotorankers wird in jeden Wicklungsanschlusshaken mindestens ein Wicklungsdraht gewickelt. Dabei kommt es bei einem notwendigen Ver- bindungsprozess von Wicklungsdraht und Wicklungsanschlusshaken auf eine gleichbleibend gute mechanische und elektrische Verbindungsqualität von Wicklungsanschlusshaken und Wicklungsdraht an. Als einen Verbindungsprozess nutzt man das sogenannte hot-staking. Dabei wird der Wicklungsanschlusshaken so verformt, dass der Wicklungsdraht eingeklemmt wird. Danach wird eine elektrische Spannung angelegt, damit sich Wicklungsanschlusshaken und Wicklungsdraht erwärmen, unter anderem deshalb, weil ein Kontaktwiderstand

zwischen Wicklungsdraht und Wicklungsanschlusshaken vorhanden ist. Bei diesem Vorgang löst sich eine Isolationsschicht von dem Wicklungsdraht, und es findet eine Verschweißung von Wicklungsdraht und Wicklungsanschlusshaken statt. Aus der Druckschrift ist es ferner bekannt, im übergangsbereich zwischen Axialabschnitt und Befestigungsabschnitt des Segmenttragteils einen Bereich mit verringerter Querschnittsfläche vorzusehen, um die Wärmeleitung von dem Wicklungsanschlusshaken zu dem Befestigungsabschnitt zu reduzieren, unter anderem um eine Beeinträchtigung der Lötverbindung zwischen Kontaktsegment und Befestigungsabschnitt bei dem hot-staking-Prozess zu vermeiden .

Offenbarung der Erfindung Technische Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kommutator vorzuschlagen, bei dem auf zusätzliche oder alternative Weise der Wärmeübergang von dem Wicklungsanschlusshaken zu dem Befestigungsabschnitt des zugehörigen Segmenttragteils reduziert ist.

Technische Lösung

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, zusätzlich oder alternativ zu einem Bereich verminderten Querschnitts in den Axialabschnitt, bevorzugt jeden Segmenttragteiles, mindestens eine in radialer Richtung durchgehende, umfangsgeschlossene oder randseitig offene Ausnehmung einzubringen. Durch das Vorsehen einer Ausnehmung wird der metallische übergangsbereich zu dem Befestigungsabschnitt mit daran befestigten, insbesondere verlötetem Kontaktsegment, insbesondere aus unterseitig metallisiertem Kohlenstoff oder einem Carbon-Graphitgemisch verkleinert. Hierdurch wird der Wärmefluss von dem Wicklungsanschlusshaken zu dem Befestigungsabschnitt minimiert, wodurch wiederum negative Auswirkungen einer erhöhten Temperatur im Bereich des Wicklungsanschlusshakens, insbesondere bei einem hot-staking-Prozess zur Befestigung eines Wicklungsdrahtes an dem Wicklungsanschlusshaken, auf eine mögliche Lötverbindung am Befestigungsabschnitt vermieden werden. Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, dass sich die Ausnehmung innerhalb des Axialabschnittes bis in den Befestigungsabschnitt hinein erstreckt. Die Ausnehmung kann auf einfache Weise bei der Herstellung des metallischen Segmenttragteils (Lamelle) , insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, beispielsweise im Stanz-Biegeverfahren, eingebracht werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich das Nabenkörpermaterial, insbesondere ein duroplastischer Kunststoff mit Verfestigungselementen, wie Glasfasern und/oder Glasfaserkugeln, in radialer Richtung in die Ausnehmung, bevorzugt bis zur Außenoberfläche des Axialabschnitts hinein erstreckt. Diese Ausgestaltungsform des Kommutators hat verschiedene Vorteile. Zum einen

wird eine zusätzliche Verankerung des Segmenttragteils im, bevorzugt als Spritzgussteil hergestellten, Nabenkörper erreicht, so dass gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung auf schräg oder senkrecht in den Nabenkörper hinein ragende Verankerungskrallen, zumindest an einigen Segmenttragteilen verzichtet werden kann. Ein weiterer Vorteil einer zumindest teilweise mit Nabenkörpermaterial gefüllten Ausnehmung im Axialabschnitt des Kommutators besteht darin, dass von Kommutatoren aus dem Stand der Technik bekannte Rissbildungen im Nabenkörper, insbesondere in Bereichen dünner Materialstärke vermieden werden können. Die randseitige Wandstärke des Nabenkörpers wird bereichsweise durch das Vorsehen der in radialer Richtung erstreckenden Ausnehmung erhöht, wodurch Materialspannungen und hierdurch verursachte geschwächte Bereiche und/oder Materialrisse vermieden werden.

Ein weiterer Grund für die reduzierte Rissbildung ist der durch die Ausnehmung verbesserte Materialfluss von Nabenkörpermaterial bei der Herstellung des Kommutators. Durch die reduzierte Rissbildung wird nicht nur die Stabilität des Kommutators, sondern auch die Versiegelungseigenschaft des Nabenkörpers verbessert. Der Nabenkörper versiegelt kritische Bereiche des Kommutators, insbesondere Seitenflächen von Kontaktsegmenten, beispielsweise aus Carbon oder Carbongemischen, die ansonsten bei dem Einsatz des Kommutators in von Fluid durchströmen elektrischen Maschinen, beispielsweise Kraftstoffpumpen durch chemische Reaktionen mit dem zum Teil aggressiven Fluid Schaden nehmen können.

Wie erwähnt, ist es durch das Vorsehen von mit Nabenkörpermaterial zumindest teilweise gefüllten Ausnehmungen

möglich, zumindest zum Teil auf Verankerungskrallen zu verzichten. Unter Verankerungskrallen werden hierbei von dem Befestigungsabschnitt senkrecht oder schräg in den Nabenkörper hineinragende metallische Fortsätze verstanden. Durch den Verzicht auf derartige Verankerungskrallen lassen sich die Segmenttragteile leichter, insbesondere plattenförmig, fertigen und handhaben.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Ausnehmung im übergangsbereich des Axialschnittes zu dem benachbarten Befestigungsabschnitt angeordnet ist, wobei sich die Ausnehmung auch in den Befestigungsabschnitt hinein erstrecken kann. Diese Ausführungsform, bei der die Ausnehmung unmittelbar benachbart zu dem Befestigungsabschnitt angeordnet ist, ist von besonderem Vorteil bei einem als Plankommutator ausgebildeten Kommutator, bei dem axial benachbart zu der Ausnehmung ein das Kontaktelement umfangsseitig versiegelnder Umfangswandabschnitt des Nabenkörpers vorgesehen ist. Da dieser Umfangswandabschnitt in der Regel eine geringe Wandstärke hat, neigt dieser Bereich ohne das Vorsehen der mindestens einen Ausnehmung zur Rissbildung.

Alternativ oder zusätzlich zu der Anordnung der Ausnehmung im übergangsbereich kann diese mit axialem Abstand zu dem Befestigungsabschnitt angeordnet werden, wobei der Ausnehmung bei einer derartigen Anordnung hauptsächlich eine Verankerungsfunktion sowie eine Wärmedämmfunktion zukommt.

In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Ausnehmung zumindest abschnittsweise gekrümmt bzw. bogenförmig konturiert ist, um die Anzahl von Ecken zu reduzieren, bzw. um bevorzugt Ecken vollständig zu vermeiden, um hierdurch die Anzahl von Wärmekonzentrations-

punkten zu reduzieren. Beispielsweise sind kreisförmig, halbkreisförmig oder ellyptisch, jedoch auch rechteckig oder polygonförmig konturierte Ausnehmungen realisierbar.

Die Ausnehmung im Axialabschnitt der Segmenttragteile kann sowohl bei einem als Plankommutator ausgebildeten Kommutator als auch bei einem Kommutator mit am Umfang angeordneter, gekrümmter Bürstenlauffläche realisiert werden. Bei einem Kommutator mit gekrümmter Bürstenlauffläche handelt es sich bei dem Befestigungsabschnitt um einen zusätzlichen Axialabschnitt, der benachbart zu dem die Ausnehmung aufweisenden Axialabschnitt angeordnet ist.

Bei einem Plankommutator ist die Ausnehmung bevorzugt im übergangsbereich zwischen dem Axialabschnitt und dem rechtwinklig dazu angeordnete, als Radialabschnitt ausgebildeten Befestigungsabschnitt vorgesehen, um einen an die Ausnehmung angrenzenden Umfangswandabschnitt, welcher im rechten Winkel zu dem Radialabschnitt angeordnet ist, vor einer Rissbildung zu schützen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigt in

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Plan-Kommutators,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Bürstenlauffläche des Plankommutators gem. Fig. 1

Fig. 3 eine geschnittene Ansicht des Plan-Kommutators entlang der Schnittlinie A-A gemäß Fig. 2.

Ausführungsform der Erfindung

In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit gleicher Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet .

In den Figuren ist ein als Plankommutator ausgebildeter Kommutator 1 für eine ansonsten bekannte elektrische Maschine (nicht dargestellt) gezeigt. Der Kommutator 1 ist symmetrisch zu einer Längsachse L ausgebildet und ist in montiertem Zustand auf einer nicht gezeigten, eine zentrische Aufnahmeöffnung 2 des Kommutators 1 durchsetzenden Ankerwelle drehfest montiert.

Der Kommutator 1 weist einen als Kunststoffspritzgussteil ausgebildeten Nabenkörper 3 auf, der mehrere, über den Umfang verteilte, voneinander distanzierte Segmenttragteile 4 aus einem elektrischen leitfähigen Material, z. Bsp. Kupfer trägt. Jedes Segmenttragteil 4 weist einen bei dem als Plankommutator ausgebildeten Kommutator 1 als Radialabschnitt ausgebildeten, plattenförmigen Befestigungsabschnitt 5 und einen um 90° hierzu abgewinkelten Axialabschnitt 6 auf, wobei letzterer an seinem dem Befestigungsabschnitt 5 abgewandten Ende einen Wicklungsanschlusshaken 7 trägt. Die Wicklunganschlusshaken 7 sind in Richtung einer stirnseitigen, ebenen Bürstenlauffläche 8 gebogen .

Die Bürstenlauffläche 8 wird gebildet von einer Vielzahl von Kontaktsegmenten 9 aus Carbon. Jedem sich in radialer Richtung nach Innen verjüngenden Kontaktsegment 9 ist ein Befestigungsabschnitt 5 eines Segmenttragteils 4 zugeordnet, wobei jedes Kontaktsegment 9 fest und elektrisch leitend mit dem zugehörigen Befestigungsabschnitt 5 verbunden, bevorzugt verlötet ist. Zur Ermöglichung des Lötprozesses sind die Kontaktsegmente 9 auf der den Befestigungsabschnitten 5 zugewandten Seite in bekannter Weise metallisiert.

In Umfangsrichtung sind jeweils zwei benachbarte Kontaktsegmente 9 über einen in radialer Richtung verlaufenden Luftspalt 10 elektrisch voneinander isoliert.

Randseitig erstreckt sich der Nabenkörper 3 in axialer Richtung über die Axialabschnitte 6 der Segmenttragteile 4 hinaus, wobei in diesem Bereich von dem Nabenkörper 3 Um- fangswandabschnitte 11 mit dazwischen liegendem Luftspalt 10 gebildet sind. Die Wandstärke dieser Umfangswandabschnitte 11 ist, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, vergleichsweise gering, so dass insbesondere diese Bereiche des Nabenkörpers 3 zu einer Rissbildung neigen.

Wie aus den Fig. 1 und 3 ersichtlich ist, ist in die Axialabschnitte 6 jeweils eine in Umfangsrichtung mittige Ausnehmung 12 eingebracht, die den jeweiligen Axialabschnitt 6 in radialer Richtung durchsetzt und bis an die Außenoberfläche 13 des zugehörigen Axialabschnittes 6 in radialer Richtung reicht. In axialer Richtung ist jeder Umfangswand- abschnitt 11 durch jede Ausnehmung 12 hindurch mit einem Grundkörper 14 des Nabenkörpers 3 einstückig verbunden. Im Stand der Technik wird diese einstückige Verbindung

lediglich über einen seitlichen Abschnitt 15 randseitig an den Axialabschnitten 6 realisiert.

Aufgrund der Ausnehmungen 12 mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt wird der Materialfluss bei der Herstellung des Kommutators 1 verbessert und die Wandstärke des Nabenkörpers 3 bereichsweise vergrößert, so dass insgesamt die Rissbildungsgefahr im Nabenkörper 3, insbesondere im Bereich der Umfangswände 11 minimiert ist.

Gleichzeitig wird durch das Vorsehen der in diesem Ausführungsbeispiel an dem dem Befestigungsabschnitt 5 zugewandten axialen Ende vorgesehenen Ausnehmung 12 der Wärmeübergang zwischen dem Wicklungsanschlusshaken 7 und dem zugehörten Befestigungsabschnitt 5 verschlechtert, da für den Wärmeübergang lediglich zwei die der Ausnehmung 12 seitlich begrenzende Verbindungsabschnitte 16, 17, zur Verfügung stehen.

Die Umfangswandabschnitte 11 liegen radial außen an den kohlenstoffhaltigen Kontaktsegmenten 9 an und schützen diese somit vor den chemischen Angriffen aggressiver Fluide, insbesondere bei dem Einsatz des Kommutators 1 in dem Motor einer Kraftstoff durchströmten Kraftstoffpumpe.