(57)【要約】本発明は、少なくとも４つのステータ極（１６〜１９）およびこれらのステータ極と協働する電機子コイル（３１〜４２）を有する多極整流子電動機（１４）用の整流子に関し、上記の電機子コイルは電流供給のため、整流子（２２；２２ａ；２２ｂ）の２つ整流子片（１〜１２）にそれぞれ電気的に接続されており、電機子コイルの数は、ステータ極（１６〜１９）の数よりも大きく、整流子（２２；２２ａ；２２ｂ）に接触接続するブラシ（２０；２１；２３；２４）の数を低減するために、磁気的に同じ方向に配向される電機子極を構成する電機子コイル（３１〜４２）が電機子側の電気的なブリッジ導体（４３〜４８）によって並列接続される。この整流子（２２；２２ａ；２２ｂ）において提案されるのは、上記のブリッジ導体（４３〜４８）が整流子（２２；２２ａ；２２ｂ）の一部分を構成することである。本発明はさらにこのような整流子（２２；２２ａ；２２ｂ）を有する多極整流子電動機に関する。
2004535146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも４つのステータ極（１６〜１９）と、該ステータ極と協働する電機子コイル（３１〜４２）とを有する多極整流子電動機（１４）用の整流子であって、
前記電機子コイルは電流供給のためにそれぞれ、前記整流子（２２；２２ａ；２２ｂ）の２つ整流子片（１〜１２）に電気的に接続されており、
前記の電機子コイルの数は、ステータ極（１６〜１９）の数よりも大きく、
整流子（２２；２２ａ；２２ｂ）に接触接続するブラシ（２０；２１；２３；２４）の数を低減するために、磁気的に同じ方向に配向される電機子極を構成する電機子コイル（３１〜４２）が電機子側の電気的なブリッジ導体（４３〜４８）によって並列接続される形式の、多極整流子電動機（１４）用の整流子において、
前記のブリッジ導体（４３〜４８）が整流子（２２；２２ａ；２２ｂ）の一部分を構成することを特徴とする、
多極整流子電動機用の整流子。
【請求項２】
前記のブリッジ導体（４３〜４８）は、前記の整流子（２２；２２ａ；２２ｂ）の整流子片（１〜１２）の間に直接配置される、
請求項１に記載の整流子。
【請求項３】
前記整流子（２２；２２ａ；２２ｂ）は円形またはドラムの形状を有しており、例えばディスク形整流子またはドラム形整流子として構成されており、
前記整流子片（１〜１２）は整流子（２２；２２ａ；２２ｂ）の外周に配置されており、
前記ブリッジ導体（４３〜４８）は整流子（２２；２２ａ；２２ｂ）の内部に配置されている、
請求項１または２に記載の整流子。
【請求項４】
前記ブリッジ導体（４３〜４８）を構成および配置して、整流子（２２；２２ａ；２２ｂ）の内部に、有利には回転軸に沿って電機子シャフト（４９）用の貫通部が空けられるようにする、
請求項１から３までのいずれか１項に記載の整流子。
【請求項５】
整流子（２２；２２ａ；２２ｂ）の周りで、それぞれ直径上で対向する整流子片（１〜１２）が、１つずつのブリッジ導体（４３〜４８）によって並列接続されている、
請求項１から４までのいずれか１項に記載の整流子。
【請求項６】
前記のブリッジ導体（４３〜４８）またはブリッジ導体（４３〜４８）のグループが実質的に共通の１平面内に配置されている、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の整流子。
【請求項７】
前記のブリッジ導体（４３〜４８）ないしはブリッジ導体グループのブリッジ導体（４３〜４８）は、対応する整流子片（１〜１２）との接触接続のため、少なくとも部分的にそれぞれの１端部が前記の共通の平面の上または下に出る、
請求項６に記載の整流子。
【請求項８】
前記のブリッジ導体（４３〜４８）は、整流子（２２；２２ａ；２２ｂ）の回転軸方向に相前後して並んでいる平面内に配置されている、
請求項１から７までのいずれか１項に記載の整流子。
【請求項９】
前記のブリッジ導体（４３〜４８）は、例えば銅またはアルミニウム製金属導体によって構成され、
該金属導体は、整流子片（１〜１２）間ではんだ付けまたは溶接される、
請求項１から８までのいずれか１項に記載の整流子。
【請求項１０】
前記のブリッジ導体（４３〜４８）は絶縁材料、例えば充填剤によって機械的に固定される、
請求項１から９までのいずれか１項に記載の整流子。
【請求項１１】
前記整流子は、電気小型電動機として、例えば自動車用のアンチロックシステムのポンプ電動機として、サーボ駆動器としてまたは調整駆動器として使用される、例えば１キロワットまでの電力領域の多極整流子電動機（１４）に対して設けられている、
請求項１から１０までのいずれか１項に記載の整流子。
【請求項１２】
多極整流子電動機（１４）において、
請求項１から１１までのいずれか１項に記載の整流器（２２；２２ａ；２２ｂ９を有することを特徴とする、
多極整流子電動機。
【請求項１３】
前記電機子コイル（３１〜４２）は、多極のループ状巻線として巻回されている、
請求項１２に記載の多極整流子電動機。
【請求項１４】
前記の電機子コイル（３１〜４２）の接触接続のために設けられるブラシ（２０，２１；２３，２４）の数は、電機子極の数よりも小さい、
請求項１２または１３に記載の多極整流子電動機。
【請求項１５】
前記多極整流子電動機は、例えば１キロワットまでの電力領域の電気小型電動機として、例えば自動車用のアンチロックシステムのポンプ電動機として、サーボ駆動器としてまたは調整駆動器として構成されている、
請求項１２から１４までのいずれか１項に記載の多極整流子電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
従来の技術
本発明は、少なくとも４つのステータ極およびこれらのステータ極と協働する電機子コイルを有する多極整流子電動機用の整流子に関し、ここでこれらの電機子コイルには整流子の２つの整流子片を介して電流がそれぞれ供給され、その数はステータ極の数よりも多く、整流子に接触接続するブラシの数を低減するため、磁気的に同じ方向に配向される電機子極を形成する電機子コイルが、電機子側の電気的ブリッジ導体によって並列接続されている。本発明はさらにこのような整流子を有する多極整流子電動機に関する。
【０００２】
上記のような整流子電動機は、例えば自動車のアンチロックシステム用のポンプ駆動器として、サーボ駆動器としてまたは調整駆動器として使用される。このような整流子電動機は小型電動機とも称することができる。それはこれらの電動機が通例、約１キロワットまでの電力範囲をカバーするからである。
【０００３】
このような整流子電動機の典型的な例では、例えば、有利には永久磁石によって励磁される４つのステータ極と、これに相応してこれらのステータ極と協働する４つの電機子極とが設けられており、ここでこれらの電機子極は電機子コイルによって構成される。電機子コイルは、電機子側の整流子に接続されており、この整流子には通例、４つのブラシを介して電流が供給される。ブラシは整流子の整流子片上で摺動する。
【０００４】
ブラシを節約するために従来技術において公知であるのは、上記のような電機子コイルを電機子側の電気的なブリッジ導体によって並列接続することであり、ここでこれらは磁気的に同じ方向に配向される電機子極を構成する。ドイツ国特許明細書ＤＥ１９７５７２７９Ｃ１においてこのために提案されているのは、ブリッジ導体を整流子片−接触接続ブリッジとして構成し、ここでこれは、電機子コイルを巻回する際にコイル巻線によって一緒に巻回される。ブリッジ導体は、電機子コイルと同様にフックに掛けられ、ここでこれらのフックは整流子片において電機子コイルに向かって配置される。電機子コイルを掛けることに問題はない。それは電機子コイルは実質的に電機子の回転軸方向に延在しており、したがってフックに簡単に掛けられるからである。これに対してブリッジ導体を掛けることは問題である。それはこれは電機子の回転軸方向に対して横向きに延在しなければならないからである。その理由は、通例直径上で対向する整流子片が、これらのブリッジ導体によって互いに接続されるからである。これに加えて、ブリッジ導体を支えるため、電機子のシャフトに電気的に絶縁された区間を設けなければならない。
【０００５】
より電力が大きい整流子電動機、電力が１キロワットよりもはるかに大きな整流子電動機であればどのようなものであれ整流子片は、調整接続部によって並列接続され、これにより整流子片間に調整電流（Ａｕｓｇｌｅｉｃｈｓｔｒｏｍ）が流れるようにすることができる。このため、ブラシが調整電流によって負荷を負わされることはない。ブラシの低減はいずれにせよ行われておらず、このように電力の大きな電動機では過剰な整流子電流が発生してしまい、これにより問題となる電流さい断動作（Ｓｔｒｏｍａｂｒｉｓｓｖｅｒｈａｌｔｅｎ）、場合によって整流子における閃光（Ｒｕｎｄｆｅｕｅｒ）さえも発生してしまうことになるのである。
【０００６】
発明の利点
請求項１の特徴部分に記載された特徴的構成を有する本発明の整流子ならびにこれを用いて構成される多極整流子電動機はこれに対して電機子の巻線がはるかに簡単であるという利点を有する。それはブリッジ導体がコイル巻線から設けられていないからである。その代わりにブリッジ導体はすでに整流子の一部を構成しているのである。
【０００７】
従属請求項に記載した手段によって本発明の整流子および本発明の整流子電動機の有利な発展形態および改善が可能である。
【０００８】
有利にはブリッジ導体は、整流子の整流子片間に直接配置され、これによって整流子は極めてコンパクトに構成される。
【０００９】
この整流子では種々の変形構造が可能である。例えばこれは、ディスク形整流子（Ｓｃｈｅｉｂｅｎｋｏｍｍｕｔａｔｏｒ）とも称されることもある平坦または平面形整流子、またはいわゆるドラム形整流子とすることが可能である。いずれにおいてもこの整流子は有利には円形またはドラム上の形状を有し、整流子片は整流子の外周に配置され、ブリッジ導体はスペースを節約するために整流子の内部に配置される。
【００１０】
通例、整流子には電機子シャフトが貫通している。したがって有利には整流子の内部に、有利にはその回転軸に沿って電機子シャフト用の貫通部が空けられる。ここでブリッジ導体はいわばこの電機子シャフトの周りをぐるりと回って曲げられるのである。
【００１１】
有利には整流子の周囲において、直径上でそれぞれ対向する整流子片が１つずつのブリッジ導体によって並列接続されるようにする。この変形実施形態は、殊に４極整流子電動機において有利である。しかしながら自明であるのは。２つずつ電機子コイルだけでなく、場合によってはより多くの電機子コイルをブリッジ導体によって並列接続できることである。例えば６極整流子電動機では３つずつの電機子コイルを並列接続することができ、これによりコレクタの接触接続のために１ブリッジ対だけしか必要でない。
【００１２】
有利な変形実施形態ではブリッジ導体は実質的に共通の１平面内に配置される。ブリッジ導体の１グループまたはブリッジ導体の複数のグループをそれぞれ実質的に共通の平面内に配置することも可能である。この際にいずれせよ極めて大きくスペースを節約するブリッジ導体の配置が得られるため、整流子は回転軸方向に極めてコンパクトに作製される。この変形実施形態では、殊にディスク形整流子において有利であることが判明している。対応する各整流子片との接触接続のため、ブリッジ導体は片方の端部において、各ブリッジ導体が配置されている共通の平面から上または下に出る。
【００１３】
しかしながらブリッジ導体を相前後して並べて配置することも可能である。この際にこれらのブリッジ導体は、整流子の回転軸方向に相前後して並ぶ複数の平面内にある。したがってすべてのブリッジ導体が同じ幾何学形状を有することが可能である。この変形実施形態は、殊にドラム形整流子に有利である。
【００１４】
ブリッジ導体は有利には金属導体、例えば銅またはアルミニウムによって構成され、これらの整流子片間ではんだ付け、溶接またはその他やり方で整流子片に電気的に接触接続される。しかしながら自明であるのは、整流子片およびこれらの整流子片に対応する各ブリッジ導体を一体形に構成できることである。いずれせよ整流子間に配置されるブリッジ導体により、整流子の安定性および機械的な耐性が改善される。
【００１５】
有利にはブリッジ導体は、整流子の内部に注ぎ込まれる絶縁材料、例えば充填剤によって機械的に固定され、これにより整流子の安定性がさらに改善される。
【００１６】
ブリッジ導体を整流子に組み込むことによって、電機子コイルの巻回の仕方についての制限を注意する必要がない。しかしながら本発明の有利な実施形態では、電機子コイルが多極のループ状巻線（Ｓｃｈｌｅｉｆｅｎｗｉｃｋｌｕｎｇ）として巻回されるようにする。いずれにせよどのように巻回方式においても有利であることが判明したのは、電機子コイルの接触接続のために設けられるブラシの数が電機子極の数よりも小さいことである。この際に確かに個々のブラシの電流負荷は高くなる。しかしながら約１キロワットの電力までの小型電動機においてこのことはとりたてていうほどのことではなく、本発明の整流子は有利にはこのような電動機に対して設けられているのである。その理由は、このような電動機において使用されるブラシは通例、これがブラシの節約によって増大する電流を処理できるように設計されるからである。いずれにせよブラシの節約によるコストの利点は大きく、これによってより性能の良いブラシを設けるためのコストが埋め合わられるのである。
【００１７】
図面
本発明の実施例を図面に示し、以下詳しく説明する。ここで、
図１は、１２個の溝および１２個の整流子片と、概略的に示した本発明のブリッジ導体とを有する４極整流子電動機のロータの巻回方式を示しており、
図２は、本発明の整流子を示しており、ここではブリッジ導体が、整流子の回転方向に相前後して並んでいる面内に配置されており、
図３は、本発明の整流子の別の変形実施例を示しており、ここではブリッジ導体は実質的に共通の面に配置されている。
【００１８】
図１には４極整流子電動機１４の電機子１３の巻回の仕方が示されている。整流子電動機１４はステータ１５を有し、このステータはステータ極１６，１７，１８，１９を有する。ステータ極１６〜１９は電気的にまたは永久磁石によって励磁可能である。
【００１９】
電機子１３はステータ１５に回転可能に配置されている。整流子２２上を摺動するブラシ２０および２１を介してコイル３１〜４２は給電される。整流子２２は、整流子片１〜１２を有しており、これらはコイル３１〜４２に電気的に接続されている。ここでコイル３１は一方の端部が整流子片１に、また他方の端部が整流子片２に接続されており、コイル３２は一方の端部が整流子片２に、また他方の端部が整流子片３に接続されている。この方式によれば、さらなるコイル３３〜４２も整流子片３〜１２，１に接続される。
【００２０】
コイル３１〜４２はループ状巻線で電機子１３に配置されている。この巻回方式ではそれ自体で、各整流子が有する励磁極対と同数のブラシセットが必要であり、具体的なケースでは例えば、２つずつのブラシを有する２つのブラシセットが必要である。上記のループ状巻線は並列巻線と称することも可能である。それは慣用の整流子電動機において並列接続される、ブラシセットのブラシによって、電機子の巻線部分が並列接続されるからである。このことは図１においてブラシ２３，２４によって示されており、これらはブラシ２０，３２に並列接続されている。ブラシ２３，２４は整流子電動機１４において実際に設けられていない。ブラシ２０，２３および２１，２４には線路２５ないしは２６が通じている。ブラシ２３に通じている線路２５の区間２７ならびにブラシ２４に通じている線路２６の区間２８は単に点線で示されている。それはこれらが慣用の整流子電動機では設けられているが、図示の整流子電動機１４では設けられていないからである。
【００２１】
コイル３１〜４２はそれぞれ、金属製の導体、例えば絶縁された銅線の複数の巻線からなり、これらはそれぞれ電機子歯５１〜６２のまわりに何重にも巻回されており、その端部はそれぞれ整流子片１〜１２に電気的に接続されている。ここで例えばコイル３１は電機子歯５１，５２および５３のまわりに何重にも巻回されており、これによってその巻線は、電機子歯５１，５６および５３，５４の間にあるようにされる。さらにコイル３１は、整流子片１および２に電気的に接続されている。別のコイル３２〜４２は同じループ状の巻回方式にしたがって電機子歯５１〜６２のまわりに巻回されている。
【００２２】
わかりやすくするためにまず電機子１３を通る電流を説明し、ブラシ２３，２４が設けられている慣用の整流子電動機において電流がどのように発生するかを説明する。線路２５を介して電機子電流ＩＡが流れ、その半分ずつが整流子片４，１０に流れる。整流子片１０から電機子電流ＩＡ／２がコイル４０を介して整流子片１１に流れ、そこからさらにコイル４１を介して整流子片１２に流れ、さらにそこからコイル４２を介して整流子片１に流れる。慣用の整流子電動機では整流子片１からこの電機子電流ＩＡ／２がブラシ２４および線路２８，２６を介して流れ出ることができる。しかしながら整流子電動機１４ではブラシ２４が設けられていない。ブラシ２３，２４の代わりに整流子２２は、ブリッジ導体４３〜４８を有しており、これらは整流子片１，７；２，８；３，９；４，１０；５，１１；６，１２の間に延在している。ブリッジ導体４３〜４８は、整流子２２の構成部分をなし、整流子片１，７；２，８；３，９；４，１０；５，１１；６，１２の間で１つずつ電気的接続部を形成する。慣用の整流子電動機の場合とは異なり、整流子電動機１４では整流子片１に到来する半分の電機子電流ＩＡ／２は、ブリッジ導体４３を介して整流子片７に、さらにそこからブラシ２１と線路２６とを介して流れ出ることができる。
【００２３】
慣用の整流子電動機では電機子電流の別の半分ＩＡ／２はブラシ２３を介して整流子片４に流れることになる。整流子電動機１４では図示の電機子位置においてブラシ２４の代わりにブリッジ導体４６により、電機子電流ＩＡの半分が整流子片４に導びかれ、ここからこの電流はコイル３４に供給される。コイル３４を介して電機子電流ＩＡ／２は整流子片５に流れ、そこからさらにコイル３５を介して整流子片６に、さらにコイル３６を介して整流子片７に流れる。ここでこの電流はブラシ２１および線路２６を介して流れ出ることができる。
【００２４】
図２および３には整流子２２に組み込まれたブリッジ導体４３〜４８の例示的な構造が示されている。図２には整流子２２が構造２２ａでドラム形整流子またはドラム形コレクタとして示されている。ここでこの整流子は円筒またはドラムの形状を有しており、単に点線によって示した電機子１３の電機子シャフト４９がこの整流子を貫通する。ここで整流子片１〜１２は、円筒の周囲に配置されている。通例、ドラム形整流子は銅管から作製され、その内部は、電気的に絶縁性を有する利用可能な、図示しない充填剤によって充填されており、その外周にはスリットが設けられており、これによって電気的に互いに絶縁された整流子片が形成される。図２ではみやすくするために充填剤を示しておらず、したがって例示的に示したブリッジ導体４３，４３，４５が見えている。これらは整流子片１，７；２，８；３，９間ではんだ付けまたは溶接される金属導体として構成される。別のブリッジ導体４６〜４８は、ブリッジ導体４３〜４５と同じに構成して配置することができるが、みやすくするために図示していない。
【００２５】
整流子２２ａではブリッジ導体４３〜４８は実質的に円弧状に曲げられており、この円弧の半径はつぎのように設計される。すなわちこれらのブリッジ導体によって一方では電機子シャフト４９用の貫通部が空けられ、他方ではこれらのブリッジ導体が整流子片１〜１２に対してそれぞれ離隔されて電気的な絶縁が得られるように設計されるのである。ブリッジ導体４３〜４８は端部が整流子２２ａの周囲に向かって外側にそれぞれ曲げられており、１つずつの整流子片１〜１２に溶接またははんだ付けされている。ブリッジ導体４３〜４８は整流子２２ａの回転軸５０に沿って相前後して並べて配置されており、ここでこの回転軸は、同時に電機子シャフト４９の回転軸も構成する。いずれの場合においてもブリッジ導体４３〜４８は、整流子２２ａの周囲において直径上で対向する整流子片１〜１２をそれぞれ接続して、これらが並列接続されるようにする。
【００２６】
これに加えて整流子２２ａの安定性と機械的な耐性が、１つずつのブリッジ導体４３〜４８による整流子片１〜１２の機械的接続によって向上する。機械的な耐性は、整流子２２ａの内部に充填剤を入れることによってさらに高めることができる。有利には絶縁性の充填剤を使用すると、これに加えてブリッジ導体４３〜４８および／または整流子片１〜１２間の電気的絶縁を得ることもできる。注ぎ込み際には、電機子シャフト４９用の貫通部を空けたままにするか、または電機子シャフト４９を直接一緒に鋳込むことができる。
【００２７】
図３に示した整流子２２の変形実施例２２ｂでは、ブリッジ導体４３〜４８は実質的に１平面内にある。整流子２２ｂも同様にいわゆるドラム形整流子とすることが可能であり、この場合、図３において点線で示したようにブラシ２１，２２は、整流子２２ｂの外周において整流子片１〜１２上を摺動する。しかしながら、整流子２２ｂが平坦または平面形整流子として構成されることも考えられ、この際にはブラシ２０ｂ，２１ｂは、整流子２２ｂの端面において整流子片１〜１２に接触接続する。このようなブラシ２０ｂ，２１ｂは変形実施例として同様に点線で示されている。
【００２８】
整流子２２ｂにおいてもブリッジ導体４３〜４８は、整流子２２ｂの内部において電機子シャフト４９用の貫通部が空けられるように配置および構成される。ブリッジ導体４３〜４８は、同心の円弧で整流子２２ｂの回転軸５０の周りにぐるりと曲げられており、かつ実質的に共通の１平面内にある。ブリッジ導体４３〜４８の端部は、整流子２２ｂの外周の方に配向されかつ回転軸５０に対して横向きの区間４３ａ，４３ｂ〜４８ａ，４８ｂをそれぞれ有しており、ここでこれらは、整流子片１，７；２，８；３，９；４，１０；５，１１；６，１２に電気的に接続されている。ブリッジ導体４４〜４８の区間４４ａ〜４８ａは、ブリッジ導体４３〜４８が配置されている共通の平面の下に出る。
【００２９】
整流子２２Ｂではブリッジ導体４３〜４８を、例えば電気的なプリント配線板に配置されている導体路によって構成することがも可能である。この場合に電気的なプリント配線板の導体路面は、ブリッジ導体４３〜４８に対する共通の面を構成し、ここでこのプリント配線板の上または下に出るために例えばスルーホールを設けることができる。整流子２２ｂが平面形整流子である場合、整流子片１〜１２をボード上の導体路によって構成することも可能である。
【００３０】
本発明の別の発展形態が容易に可能であることは自明のことである。例えば、整流子の１部分をなすブリッジ導体の構成について別の構造も容易に考えることができる。
【００３１】
さらに説明および請求項に示した手段の任意の組み合わせが可能である。例えば図２および３に示した変形実施例は互いに容易に組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
１２個の溝および１２個の整流子片と、概略的に示した本発明のブリッジ導体とを有する４極整流子電動機のロータの巻回方式を示す図である。
【図２】
ブリッジ導体が整流子の回転方向に相前後して並んでいる面内に配置されている本発明の整流子を示す図である。
【図３】
ブリッジ導体が実質的に共通の面に配置されている、本発明の整流子の別の変形実施例を示す図である。
【国際公開パンフレット】
2004535146.tif 000003
2004535146.tif 000004
2004535146.tif 000005
2004535146.tif 000006
2004535146.tif 000007
2004535146.tif 000008
2004535146.tif 000009
2004535146.tif 000010
2004535146.tif 000011
2004535146.tif 000012
2004535146.tif 000013
2004535146.tif 000014
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2004535146.tif 000016
2004535146.tif 000017
2004535146.tif 000018
2004535146.tif 000019
2004535146.tif 000020
2004535146.tif 000021
2004535146.tif 000022
2004535146.tif 000023
2004535146.tif 000024
2004535146.tif 000025
【国際調査報告】
2004535146.tif 000026
2004535146.tif 000027
2004535146.tif 000028
2004535146.tif 000029