(57)【要約】  本発明は、電気機械であって、電機子コイルを収容するための電機子溝（２４）を備える電機子（２０）と、整流子片（１１）を備える整流子（１０）とが設けられており、少なくとも１つの電機子コイルが、電機子（２０）の回転軸線（２１）に関して互いに対称的に配置されている２つの部分コイル（２５，２６）から形成されている形式のものに関する。本発明による電気機械は、整流子片（１１）の数が、電機子溝（２４）の数の整数倍であることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械であって、電機子コイルを収容するための電機子溝（２４）を備える電機子（２０）と、整流子片（１１）を備える整流子（１０）とが設けられており、少なくとも１つの電機子コイルが、電機子（２０）の回転軸線（２１）に関して互いに対称的に配置されている２つの部分コイル（２５，２６）から形成されている形式のものにおいて、整流子片（１１）の数が、電機子溝（２４）の数の整数倍であることを特徴とする、電気機械。
【請求項２】
整流子片（１１）の数が、電機子溝（２４）の数の少なくとも２倍である、請求項１記載の電気機械。
【請求項３】
両部分コイル（２５，２６）が実質的に幾何学的に互いに平行に配置されている、請求項１または２記載の電気機械。
【請求項４】
両部分コイル（２５，２６）が同じ数の巻線を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項５】
両部分コイル（２５，２６）が逆の巻回方向で巻回されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項６】
両部分コイル（２５，２６）が電気的に直列に接続されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項７】
両部分コイル（２５，２６）が電気的に並列に接続されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項８】
少なくとも２つのブラシ（１４）が滑動可能に整流子（１０）に当接する、請求項１から７までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項９】
３つのブラシ（１４）が滑動可能に整流子（１０）に当接する、請求項８記載の電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の電気機械、すなわち、電気機械であって、電機子コイルを収容するための電機子溝を備える電機子と、整流子片を備える整流子とが設けられており、少なくとも１つの電機子コイルが、電機子の回転軸線に関して互いに対称的に配置されている２つの部分コイルから形成されている形式のもの、特に直流機に関する。
【０００２】
国際公開第２００５／０７６４４２号から、対称的に配置された電機子巻線を備える電動モータが公知である。対称的に配置された電機子巻線は、２つの任意の電機子溝間に巻回され、隣接する整流子片に電気的に接続されている第１のコイルからなる。第２のコイルは、第１のコイルの両電機子溝に対して電機子軸の中心に関して点対象の位置にある２つの電機子溝間に、逆方向に巻回されている。このモータの場合、電機子溝の数は整流子片の数に等しい。モータは高速用および低速用のそれぞれ１つのブラシならびに１つの共通のブラシを有する。第１および第２のコイルは、高速用のブラシが、隣接する整流子片と接触し、これにより第１のコイルが第２のコイルに短絡されるとき、高速用のブラシの中心と回転軸の中心とを通る軸線に関して対称的な位置にあるように配置されている。
【０００３】
発明の開示
請求項１に記載の特徴を備える本発明による電気機械は、改善された騒音低減ならびに改善された電磁両立性（ＥＭＶ）を有する。このことは、本発明による電気機械が電機子コイルからなる電機子巻線を有しており、少なくとも１つの電機子コイルが、電機子の回転軸線に関して対称的に配置された２つの部分コイルから構成されていることにより達成される。このことは、電機子コイルが、それぞれ２つの部分コイルが電機子の回転軸線に関して互いに対称的に配置されているように形成されていることを意味している。本発明により、整流子片の数は電機子溝の数の整数倍である。特に、整流子片の数は電機子溝の数の少なくとも２倍である。有利には、整流子片の数は電機子溝の数の２倍である。しかし、整流子片数は例えば電機子溝数の３倍であってもよい。さらに、整流子は有利には偶数の整流子片を有する。
【０００４】
両部分コイルは本発明により、部分コイルの通電時、磁界内に実質的に、電機子に対する半径方向の力が作用しないように互いに対称的に配置されている。両部分コイルは同時に、例えば隣接する整流子片に接続されていることにより接続可能である。結果的に生じる半径方向力は、両部分コイルが実質的に幾何学的に互いに平行に、かつ電機子の回転軸線に対して同じ間隔を置いて配置されていることにより特に良好に補償される。さらに半径方向力は、両部分コイルが同じ数の巻線を有することにより特に良好に補償される。さらに半径方向力は、両部分コイルが互いに逆の巻回方向で巻回されていることにより特に良好に補償される。互いに対称的に配置された両部分コイルは以下、部分コイル対とも呼ぶ。特に２極の電気的な巻線である。
【０００５】
対称的に配置された両部分コイルは、有利には短節巻（Ｓｅｈｎｅｎｗｉｃｋｌｕｎｇ）の形式で巻回されているが、全節巻（Ｄｕｒｃｈｍｅｓｓｅｒｗｉｃｋｌｕｎｇ）の形式で巻回されていてもよい。
【０００６】
ある倍数の整流子片数時、相応にある倍数の部分コイル数がそれぞれ１つの電機子溝内に巻回されている。つまり、例えば整流子片の数が２倍であるとき、２つの部分コイル（１つの部分コイル対のそれぞれ１つの部分コイル）が１つの電機子溝内に存在し、整流子片の数が３倍であるとき、３つの部分コイル（やはり１つの部分コイル対のそれぞれ１つの部分コイル）が１つの電機子溝内に存在する。このことは、１つの電機子溝内に２つもしくは３つの部分コイル対の２つもしくは３つの部分コイルが配置されていることを意味する。与えられた溝面積では、このことは例えば部分コイル毎の相応により小さな巻線数またはより小さなコイル線直径により達成され得る。この場合、前者は回転数の変化に、後者は出力の変化につながる。
【０００７】
部分コイル対の両部分コイルは、互いに電気的に直列または並列に接続されていることができる。直列接続の場合、両部分コイルは、それぞれ１つの整流子片に電気的に接続されている２つの端部を有する。２倍の数の整流子片が設けられているのであれば、直列に接続された両部分コイルの両端はそれぞれ、１つ置いた隣の整流子片に電気的に接続されている。つまり、例えば第１の部分コイル対の第１の端部は、第１の整流子片に接続され、第１の部分コイル対の第２の端部は、１つ置いた隣の、つまり第３の整流子片に接続されている。その間に位置する第２の整流子片は、第２の部分コイル対の第１の端部に接続され、第２の部分コイル対の第２の端部は、やはり１つ置いた隣の、ここでは第４の整流子片に接続されている。直列に接続された部分コイル対の両端のこのような接続は、相応に、すべでの電機子溝が、対称的に配置された部分コイルにより占められているようになるまで繰り返される。整流子片の数が３倍であれば、同様の形式で、直列に接続された部分コイルの両端はそれぞれ、３つ目の整流子片に電気的に接続されている。このことは、例えば第１の部分コイル対の第１の端部が、第１の整流子片に接続され、第１の部分コイル対の第２の端部が、第４の整流子片に接続されていることを意味する。それゆえ、第２の部分コイル対の第１の端部は、第２の整流子片に接続され、第２の部分コイル対の第２の端部は、第５の整流子片に接続されている。さらに第３の部分コイル対の第１の端部は、第３の整流子片に接続され、第３の部分コイル対の第２の端部は、第６の整流子片に接続されている。
【０００８】
これに対して並列接続の場合、部分コイル対の両部分コイルの各々は、２つの端部を有するので、部分コイル対当たり４つの端部が整流子片に電気伝導性に接続されている。整流子片の数が２倍であれば、両部分コイルの端部は交互に、隣接する整流子片に接続されている。このことは、ある部分コイルの第２の端部がそれぞれ、１つ置いた隣の整流子片に接続されていることを意味する。それゆえ、例えば第１の部分コイルの第１の端部は、第１の整流子片に接続され、第１の部分コイルの第２の端部は、１つ置いた隣の、すなわち第３の整流子片に接続されている一方、第２の部分コイルの第１の端部は、第２の整流子片に接続され、第２の部分コイルの第２の端部は、第４の整流子片に接続されている。
【０００９】
本発明による電気機械は、滑動可能に整流子に当接する少なくとも２つのブラシを有する。両ブラシは例えば互いに対向して位置する。転流時、できる限り均等な電流を保証するために、ブラシ幅は、整流子の回転時にそれぞれ、両部分コイルが接続されている整流子片が短絡されているように選択されている。しかし、別のブラシ幅、例えば整流子片の幅の１．２倍のブラシ幅が選択されてもよい。
【００１０】
本発明による電気機械の場合、回転数調整のために、第３のブラシが設けられていてもよい。第３のブラシは半径方向で、互いに対向して位置するブラシ（以下、第１および第２のブラシとも呼ぶ）の間に配置されている。それゆえ、第３のブラシは第１のブラシに対して回転方向で１８０°より小さな所定の角度、例えば７０°の分だけずらされて配置されている。その際、低い回転数段では、互いに対向して位置する両ブラシ、すなわち第１および第２のブラシが通電されるのに対し、第３のブラシは通電されない。高い回転数段では、第２および第３のブラシが通電されるのに対し、第１のブラシは通電されない。それゆえ、第２のブラシは、低回転数時には第１のブラシと、高回転数時には第３のブラシと協働する共通のブラシを形成する。
【００１１】
別の有利な実施形態では、対称的に配置された部分コイルが、減じられた、例えば半分のコイル線横断面を有する二層巻（Ｄｏｐｐｅｌｗｉｃｋｌｕｎｇ）として２層に形成されている。これにより、高められた溝占積率が達成され得る。
【００１２】
本発明による電気機械は例えば、自動車内の可動な構成部品を調節するための２極の直流モータ、例えばワイパモータ、パワーウインドウモータ、パワーシートモータであることができる。
【００１３】
以下に、本発明について添付図面を参照しながら詳説する。図中、
図１は、２つのブラシを備える電気機械を示し、
図２は、直列接続される短節巻を備える２つの対称的な部分コイルを備える電機子コイルの第１実施形態を示し、
図３は、並列接続される短節巻を備える２つの対称的な部分コイルを備える電機子コイルの第２実施形態を示し、
図４は、全節巻を備える２つの対称的な部分コイルを備える電機子コイルの第３実施形態を示し、
図５は、３倍の数の整流子片を備える第４実施形態を示す。
【００１４】
図１は、電気機械１００を示す。電気機械１００は、電機子２０と、２つの磁極３０と、整流子片１１を備える整流子１０とを備える。電機子２０および整流子１０は、回転軸線２１を有する電機子軸２２上に相対回動不能に支承されている。第１および第２のブラシ１４は互いに対向して、滑動可能に整流子１０に当接する。
【００１５】
図２は、それぞれ２つの対称的な部分コイルを備える電機子コイルの第１実施形態の部分的な展開図である。図示の実施形態では、整流子１０が、２４の整流子片１１を有し、電機子２０が、１２の歯２３および１２の電機子溝２４を有する。電機子コイルは、重ね巻（Ｓｃｈｌｅｉｆｅｎｗｉｃｋｌｕｎｇ）の形式で短節巻の形に巻回されている。第１の部分コイル対２５，２６は、次のように巻回されている。すなわち、第１の部分コイル２５の巻線は、第１２の歯２３と第１の歯２３との間の第１の電機子溝２４内と、第５の歯２３と第６の歯２３との間の第６の電機子溝２４内とに位置する。第２の部分コイル２６の巻線は、第１１の歯２３と第１２の歯２３との間の第１２の電機子溝２４内と、第６の歯２３と第７の歯２３との間の第７の電機子溝２４内とに位置する。第１および第２の部分コイル２５，２６の両端は、それぞれ１つ置いた隣（ここでは第３および第５）の整流子片１１に電気的に接続されている。それゆえ、両部分コイル２５，２６は直列に接続されている。第１の電機子溝２４および第６の電機子溝２４ならびに第７の電機子溝２４および第１２の電機子溝２４は、互いに対向して位置するので、両部分コイル２５，２６は電機子２０の回転軸線１３に関して互いに対称的に配置されている。部分コイル２５，２６は、互いに平行に延びる。この場合、両部分コイル２５，２６は、逆の巻回方向で巻回されている。図示の実施形態では、第２の部分コイル２６が巻回される前に、まず第１の部分コイル２５が巻回される。しかし択一的には、両部分コイル２５，２６が代わる代わる巻回されてもよい。
【００１６】
第２の部分コイル対２５′，２６′の第１の部分コイル２５′はやはり、第１および第６の電機子溝２４内に位置し、第２の部分コイル対２５′，２６′の第２の部分コイル２６′は、第１２および第７の電機子溝２４内に位置する。両端はやはり、それぞれ１つ置いた隣の整流子片１１に接続されている。この場合、第２の部分コイル対の第１の端部はここでは、第４の整流子片１１に接続されており、第２の端部は第６の整流子片１１に接続されている。それに応じて、その他の電機子溝２４もそれぞれ、２つの部分コイル対２５，２６の２つの第１の部分コイル２５または第２の部分コイル２６により占められている。この場合、部分コイル対２５，２６の両端は、それぞれ１つ置いた隣の整流子片１１（例えば第３および第５ならびに第４および第６の整流子片１１）に接続されている。このことは、同じ電機子溝２４内に位置する２つの部分コイル対２５，２６および２５′，２６′の４つの端部が交互にそれぞれ１つの整流子片１１に接続されていることを意味する。
【００１７】
図３は、２つの部分コイル対のそれぞれ２つの対称的な部分コイル２５，２６ならびに２５′，２６′を備える電機子コイルの第２実施形態の部分的な展開図である。図示の実施形態ではやはり、整流子１０が、２４の整流子片１１を有し、電機子２０が、１２の歯２３および１２の電機子溝２４を有する。電機子コイルはやはり重ね巻の形式で、短節巻の形に巻回されている。第１の部分コイル対２５，２６の第１の部分コイル２５の巻線は、第１の歯２３と第２の歯２３との間の第２の電機子溝２４内と、第６の歯２３と第７の歯２３との間の第７の電機子溝２４内とに位置する。第１の部分コイル対２５，２６の第２の部分コイル２６の巻線は、第１２の歯２３と第１の歯２３との間の第１の電機子溝２４内と、第７の歯２３と第８の歯２３との間の第８の電機子溝２４内とに位置する。両部分コイル２５，２６は、各々の部分コイル２５，２６の両端が、それぞれ１つ置いた隣の整流子片１１に電気的に接続されていることにより、並列に接続されている。すなわち、図３では、第１の部分コイル２５の第１の端部が第６の整流子片１１に、第１の部分コイル２５の第２の端部が第８の整流子片１１に接続されており、第２の部分コイル２６の第１の端部が第７の整流子片１１に、第２の部分コイル２６の第２の端部が第９の整流子片１１に接続されている。それゆえ、部分コイル対２５，２６の４つの端部は交互に、隣接する整流子片１１に接続されている。第２の部分コイル対２５′，２６′の第１の部分コイル２５′は、第１の部分コイル対２５，２６の第１の部分コイル２５と同じ電機子溝２４内に位置するが、コイル端部は、図３で見て、第７および第９の整流子片１１に電気的に接続されている。それに応じて、第２の部分コイル対２５′，２６′の第２の部分コイル２６′は、第１の部分コイル対２５，２６の第２の部分コイル２６と同じ電機子溝２４内に巻回されている。その第１および第２の端部は、第６および第８の整流子片１１に接続されている。
【００１８】
図４は、それぞれ２つの対称的な部分コイルを備える電機子コイルの第１実施形態の部分的な展開図である。図示の実施形態では、整流子１０が、２４の整流子片１１を有し、電機子２０が、１２の歯２３および１２の電機子溝２４を有する。電機子コイルは、重ね巻の形式で全節巻の形に巻回されている。第１の部分コイル対２５，２６は、以下のように巻回されている。すなわち、第１の部分コイル２５の巻線は、第１２の歯２３と第１の歯２３との間の第１の電機子溝２４内と、第６の歯２３と第７の歯２３との間の第７の電機子溝２４内とに位置する。第２の部分コイル２６の巻線はやはり、第１２の歯２３と第１の歯２３との間の第１の電機子溝２４内と、第６の歯２３と第７の歯２３との間の第７の電機子溝２４内とに位置する。第１および第２の部分コイル２５，２６の両端は、それぞれ１つ置いた隣の（ここでは第６および第８の）整流子片１１に電気的に接続されている。それゆえ、両部分コイル２５，２６は直列に接続されている。図示の実施形態では、第２の部分コイル２６が巻回される前に、まず第１の部分コイル２５が巻回される。しかし択一的には、両部分コイル２５，２６が代わる代わる巻回されてもよい。
【００１９】
第２の部分コイル対２５′，２６′の第１の部分コイル２５′ならびに第２の部分コイル２６′はやはり、第１および第７の電機子溝２４内に位置する。両端はやはり、それぞれ１つ置いた隣の整流子片１１に接続されている。この場合、第２の部分コイル対２５′，２６′の第１の端部は第７の整流子片１１に、第２の端部は第９の整流子片１１に接続されている。それに応じて、その他の電機子溝２４もそれぞれ、２つの部分コイル対２５，２６の２つの第１の部分コイル２５または第２の部分コイル２６により占められている。この場合、部分コイル対２５，２６の両端はそれぞれ、１つ置いた隣の整流子片１１（例えば第３および第５ならびに第４および第６の整流子片１１）に接続されている。このことは、同じ電機子溝２４内に位置する２つの部分コイル対２５，２６および２５′，２６′の４つの端部が、交互にそれぞれ１つの整流子片１１に接続されていることを意味する。
【００２０】
図５は、それぞれ２つの対称的な部分コイルを備える電機子コイルの別の実施形態の部分的な展開図である。この実施形態では、整流子１０が、２４の整流子片１１を有し、電機子２０が、８つの歯２３および８つの電機子溝２４を有する。それゆえ、整流子片１１の数は電機子溝２４の数の３倍である。電機子コイルは、重ね巻の形式で短節巻の形に巻回されている。第１の部分コイル対２５，２６は以下のように巻回されている。すなわち、第１の部分コイル２５の巻線は、第８の歯２３と第１の歯２３との間の第１の電機子溝２４内と、第３の歯２３と第４の歯２３との間の第４の電機子溝２４内とに位置する。第２の部分コイル２６の巻線は、第７の歯２３と第８の歯２３との間の第８の電機子溝２４内と、第４の歯２３と第５の歯２３との間の第５の電機子溝２４内とに位置する。第１および第２の部分コイル２５，２６の両端は、それぞれ２つ置き（ここでは第３および第６）の整流子片１１に電気的に接続されている。それゆえ、両部分コイル２５，２６は直列に接続されている。図２に示した実施形態と同様、第１の部分コイル２５が巻回されている電機子溝２４と、第２の部分コイル２６が巻回されている電機子溝２４とは互いに対向して位置する。両部分コイル２５，２６は、互いに平行に延び、このとき、逆の巻回方向で巻回されていることにより、電機子２０の回転軸線１３に関して互いに対称的に配置されている。図示の実施形態では、第２の部分コイル２６が巻回される前に、まず第１の部分コイル２５が巻回される。しかし択一的には、両部分コイル２５，２６が代わる代わる巻回されてもよい。
【００２１】
第２の部分コイル対２５′，２６′の第１の部分コイル２５′はやはり、第１および第４の電機子溝２４内に位置し、第２の部分コイル対２５′，２６′の第２の部分コイル２６′はやはり、第８および第５の電機子溝２４内に位置する。両端はやはり、それぞれ２つ置きの整流子片１１に接続されている。この場合、第２の部分コイル対２５′，２６′の第１の端部はここでは第４の整流子片１１に、第２の端部は第７の整流子片１１に接続されている。
【００２２】
第３の部分コイル対２５′′，２６′′の第１の部分コイル２５′はやはり、第１および第４の電機子溝２４内に位置し、第３の部分コイル対２５′′，２６′′の第２の部分コイル２６′はやはり、第８および第５の電機子溝２４内に位置する。両端はやはり、それぞれ２つ置きの整流子片１１に接続されている。この場合、第３の部分コイル対２５′′，２６′′の第１の端部はここでは第５の整流子片１１に、第２の端部は第８の整流子片１１に接続されている。
【００２３】
それに応じて、その他の電機子溝２４もそれぞれ、３つの部分コイル対２５，２６，２５′，２６′および２５′′，２６′′の３つの第１の部分コイル２５，２５′，２５′′または第２の部分コイル２６，２６′，２６′′により占められている。この場合、部分コイル対２５，２６，２５′，２６′または２５′′，２６′′の両端は、それぞれ１つ置いた隣の整流子片１１（例えば第３および第６、第４および第７ならびに第５および第８の整流子片１１）に接続されている。このことは、同じ電機子溝２４内に位置する２つの部分コイル対２５，２６および２５′，２６′の４つの端部が交互にそれぞれ１つの整流子片１１に接続されていることを意味する。
【００２４】
図２、図３、図４および図５はそれぞれ、両部分コイル２５，２６の直列接続および並列接続の一実施形態を示す。対称的に配置された２つの部分コイル２５，２６の巻線の説明した原理に従って、多数の別の巻線パターンが実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】２つのブラシを備える電気機械を示す図である。
【図２】直列接続される短節巻を備える２つの対称的な部分コイルを備える電機子コイルの第１実施形態を示す図である。
【図３】並列接続される短節巻を備える２つの対称的な部分コイルを備える電機子コイルの第２実施形態を示す図である。
【図４】全節巻を備える２つの対称的な部分コイルを備える電機子コイルの第３実施形態を示す図である。
【図５】３倍の数の整流子片を備える第４実施形態を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2009529853.tif 000008
2009529853.tif 000009
2009529853.tif 000010
2009529853.tif 000011