WO2011023799A2 - Elektromotor, insbesondere startermotor für einen verbrennungsmotor - Google Patents

Elektromotor, insbesondere startermotor für einen verbrennungsmotor Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to an electric motor, in particular a starter motor for an internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.
  • the armature of the electric lectric starter motor is kinematically connected to a starter pinion, via which the crankshaft of the internal combustion engine is set in motion.
  • the power supply for the electric starter motor is usually via strands, which usually consist of copper and are electrically connected to the brush brushes applied to the commutator. Since the carbon brushes are subject to wear, a tracking mechanism is usually provided to compensate for the wear, wherein the wires connected to the carbon brushes must carry out the tracking movement of the carbon brushes.
  • the strands are subjected to considerable loads, which however must not lead to a failure or breakage of the strand over the lifetime of the starter motor.
  • the invention is based on the object to perform the power connection in an electric motor permanently and resiliently with good adaptation to design conditions in the electric motor.
  • the electric motor according to the invention is preferably an electric starter motor for an internal combustion engine, which is designed, for example, as a mechanically commutated DC motor.
  • the motor has one or more pairs of brushes in contact with a commutator, through which the current is conducted into the armature winding of the armature.
  • the brushes are each connected to an electrical conductor for power supply.
  • electrical conductors are provided which lead from a relay to a component of the electric motor and from there via the further conductor to the brushes.
  • the conductor leading from the relay to the component of the electric motor, in particular a pole housing, is coupled to a contact piece, from which also the further conductor leads to the carbon brushes.
  • At least one conductor has a rectangular cross-section in a middle section and is welded to the contact piece in the region of an end-side end section.
  • This end-side end portion preferably also has a rectangular cross-section which, however, has a different format from the central portion.
  • the conductor with the rectangular cross-section has a greater flexibility, which leads to a better adaptation to the installation situation.
  • bendability or flexibility of the conductor exists in the case of Execution of the conductor as a strand no danger of fanning out.
  • the conductor with the rectangular cross-section can be bent or twisted around different axes, without this leading to damage to the conductor.
  • the format in the end portion of the conductor, over which the conductor is welded to the contact piece differs from the format of the rectangular, central portion of the conductor. It is particularly provided that the central portion is formed flatter, that is, has a greater width and a lower height than the end portion welded to the contact piece.
  • the end portion has in this embodiment, an advantageous for the welding process cross-sectional geometry.
  • both opposite end-side end portions of the conductor are each provided with a rectangular cross-section which differs in the cross-sectional geometry or the format relative to the central portion, in particular less flat than the middle portion. It may be expedient to provide at least one of the end sections, if appropriate both end sections with a square cross-section, which is advantageous for the welding operation, since the necessary welding point is reduced, so that the conductor can be welded to save space on the end-side contact element.
  • At least one end-side end portion but preferably both end-side end portions are produced by forming the rectangular cross-section, with which the central portion of the conductor is provided.
  • compaction of the end sections is achieved with less pronounced rectangular cross-section, whereby only the cross-sectional shape changes, but the cross-sectional area in the end sections is the same or at least approximately the same the cross-sectional area in the middle section of the ladder.
  • the transition from the wider middle section of the conductor to at least one narrower end section is advantageously possible.
  • This angle is for example 60 ° or 45 °.
  • a ratio of width to height of at least 3: 2 in the area of the middle section so that the width is at least 1.5 times the height.
  • an even greater ratio of width to height is selected, for example a ratio of 4: 2, 5: 2, 6: 2 or even greater.
  • both end portions are welded to contact members, for example, one end portion of the conductor with a lug and the opposite end portion to the contact piece, which is passed through the pole housing of the electric motor with insulation (e.g., insulating rubber).
  • insulation e.g., insulating rubber
  • the conductor is connected to the commutator with the carbon brush and welded on the opposite side of the commutator with the contact piece, which is guided by the insulating insulating pole housing.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an electric motor with a pole housing in which an armature rotates, wherein the power supply to the electric motor via a designed as a strand conductor takes place at one end with a relay and the other end on the side of the electric motor with a mounted on the outside of the pole housing Contact piece is connected,
  • FIG. 2 a top view of the strand
  • FIG. 3 the strand in side view
  • FIG. 4 the strand in section
  • Fig. 5 shows a detail enlargement in the transition region of an end face to the middle portion of the strand.
  • an electric motor 1 which is designed as a mechanically commutated DC motor and is used as a starter motor for internal combustion engines.
  • the electric motor 1 has in a pole housing 2, on the inside of magnets are arranged on a rotating armature 3, which is provided with an energizable, provided with coils anchor packet, the energization of the anchor packet via a commutator 4, on the outside of a carbon brush 5 is applied, which is connected to a designed as a strand 6 conductor.
  • the power supply to the electric motor 1 is carried out starting from a relay 7 via a trained as a strand 8 conductor, which is connected to the side of the electric motor with a contact piece 9, in particular welded, which is arranged on the Polgeophusau basic mix.
  • the strand 6, via which the carbon brush 5 is supplied with power, is connected to the contact piece 9.
  • the strand 8 is welded at the other end with a cable lug 10, which is plugged onto a pin 1 1 in the relay 7 and secured with a nut 12.
  • the strand 8 and suitably also the strand 6 each have a rectangular cross-section in a middle section and a likewise rectangular or square cross-section in its two end sections.
  • the strand 6, 8 consists of a central portion 13 and end-side end portions 14 and 15, via which the strand is welded to the respective contact elements.
  • the front end portions 14 and 15 have a different from the central portion 13 cross-section.
  • the middle section 13 is, as shown in the sectional view of FIG. 4, formed flat and has a relatively large width b and a small height h, wherein the ratio of width b to height h is at least 3: 2, gege but may be considerably larger in favor of a larger width.
  • the front end portions 14 has a square cross section, the opposite end-side end portion 15 has a rectangular cross-section, which is formed less flat than in the central portion 13, so that the ratio of width to height of the end portion 15 is smaller than in the central portion thirteenth
  • this different cross-sectional geometry manifests itself in the flat central portion 13 and slightly thicker end-side end portions 14 and 15, wherein the one end-side end portion 14 due to the square cross-sectional geometry has a greater height than the opposite end-side end portion 15 with rectangular, non-square cross-section. Since the front end portions 14 and 15 are made by forming the conductor, also the front end portions 14 and 15 have the same cross-sectional area as the central portion thirteenth
  • the transition 16 between the one end-side end portion 14 and the central portion 13 is shown in an enlarged view.
  • the transition 16 with respect to the longitudinal axis of the conductor at an angle ⁇ , which is a maximum of 75 °.
  • the angle ⁇ is about 45 °.

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Abstract

Ein Elektromotor weist einen elektrischen Leiter zur Stromzuführung auf, der mit einem Kontaktstück verbunden ist, das mit einem Bauteil des Elektromotors in Kontakt steht. Der Leiter weist in einem mittleren Abschnitt einen rechteckförmigen Querschnitt auf.

Description

Beschreibung
Titel
Elektromotor, insbesondere Startermotor für einen Verbrennungsmotor Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor, insbesondere einen Startermotor für einen Verbrennungsmotor, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik Ein elektrischer Startermotor für eine Brennkraftmaschine wird in der DE 35 39
851 A1 beschrieben. Zum Start der Brennkraftmaschine wird der Anker des e- lektrischen Startermotors kinematisch mit einem Starterritzel verbunden, über das die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Bewegung gesetzt wird. Die Stromzufuhr für den elektrischen Startermotor erfolgt in der Regel über Litzen, die üblicherweise aus Kupfer bestehen und elektrisch mit den am Kommutator anliegenden Kohlebürsten verbunden sind. Da die Kohlebürsten einem Verschleiß unterworfen sind, ist in der Regel ein Nachführmechanismus zum Kompensieren des Verschleißes vorgesehen, wobei die mit den Kohlebürsten ver- bundenen Litzen die Nachführbewegung der Kohlebürsten mit ausführen müssen. Hierdurch sowie auf Grund von Vibrationen und Erschütterungen sowie durch thermische Einflüsse sind die Litzen erheblichen Belastungen unterworfen, die jedoch über die Lebenszeit des Startermotors nicht zu einem Versagen bzw. Bruch der Litze führen dürfen.
Meist sind die mit den Kohlebürsten verbundenen Litzen sowie weitere Litzen, welche von einem Vorspurrelais zu einem Polgehäuse des Startermotors führen, als geflochtene Litze mit rundem Querschnitt ausgeführt, wobei auf Grund der Einbausituation die Litzen verhältnismäßig stark gebogen werden müssen, was zu einer zusätzlichen Belastung und der Gefahr des Kontaktes mit anderen Bau- teilen führt. Außerdem besteht die Gefahr einer Entflechtung und damit verbundenen Auffächerung der Litze.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Stromverbindung in einem Elektromotor dauerhaft und widerstandsfähig auszuführen mit zugleich guter Anpassung an konstruktive Gegebenheiten im Elektromotor.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Bei dem erfindungsgemäßen Elektromotor handelt es sich vorzugsweise um einen elektrischen Startermotor für einen Verbrennungsmotor, der beispielsweise als ein mechanisch kommutierter Gleichstrommotor ausgeführt ist. Der Motor weist ein oder mehrere Bürstenpaare auf, die in Kontakt mit einem Kommutator stehen, über den der Strom in die Ankerwicklung des Ankers geleitet wird. Die Bürsten sind jeweils mit einem elektrischen Leiter zur Stromzufuhr verbunden. Des Weiteren sind elektrische Leiter vorgesehen, die von einem Relais zu einem Bauteil des Elektromotors und von dort über den weiteren Leiter zu den Bürsten führen. Der von dem Relais zu dem Bauteil des Elektromotors, insbesondere einem Polgehäuse führende Leiter ist mit einem Kontaktstück gekoppelt, von dem aus auch der weitere Leiter zu den Kohlebürsten führt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest ein Leiter in einem mittleren Abschnitt einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist und im Bereich eines stirnseitigen Endabschnitts mit dem Kontaktstück verschweißt ist. Dieser stirnseitige Endabschnitt besitzt vorzugsweise ebenfalls einen rechteckförmigen Querschnitt, der jedoch gegenüber dem mittleren Abschnitt ein unterschiedliches Format aufweist.
Mit dieser Ausführung werden verschiedene Vorteile erzielt. Im Unterschied zum Stand der Technik, bei dem üblicherweise runde Querschnitte im elektrischen Leiter eingesetzt werden, besitzt der Leiter mit dem rechteckförmigen Querschnitt eine größere Biegbarkeit, was zu einer besseren Anpassung an die Einbausituation führt. Trotz der Biegbarkeit bzw. Flexibilität des Leiters besteht im Falle einer Ausführung des Leiters als Litze keine Gefahr einer Auffächerung. Der Leiter mit dem rechteckförmigen Querschnitt kann um verschiedene Achsen gebogen bzw. verdreht werden, ohne dass dies zu einer Beschädigung des Leiters führt.
Das Format im Endabschnitt des Leiters, über den der Leiter mit dem Kontaktstück verschweißt ist, unterscheidet sich von dem Format des rechteckförmigen, mittleren Abschnittes des Leiters. Es ist insbesondere vorgesehen, dass der mittlere Abschnitt flacher ausgebildet ist, also eine größere Breite und eine geringere Höhe aufweist als der mit dem Kontaktstück verschweißte Endabschnitt. Der Endabschnitt weist in dieser Ausführung eine für den Schweißvorgang vorteilhafte Querschnittsgeometrie auf.
Zweckmäßigerweise sind beide gegenüberliegenden stirnseitigen Endabschnitte des Leiters jeweils mit einem rechteckförmigen Querschnitt versehen, der sich in der Querschnittsgeometrie bzw. dem -format gegenüber dem mittleren Abschnitt unterscheidet, insbesondere weniger flach ausgebildet ist als der mittlere Abschnitt. Es kann zweckmäßig sein, zumindest einen der Endabschnitte, gegebenenfalls beide Endabschnitte mit einem quadratischen Querschnitt zu versehen, was von Vorteil für den Schweißvorgang ist, da die notwendige Schweißstelle verringert ist, so dass der Leiter Platz sparend an das endseitige Kontaktelement angeschweißt werden kann.
Gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung ist vorgesehen, dass mindestens ein stirnseitiger Endabschnitt, vorzugsweise aber beide stirnseitigen Endabschnitte durch Umformen des rechteckförmigen Querschnittes hergestellt werden, mit dem der mittlere Abschnitt des Leiters versehen ist. Durch diesen Umformpro- zess wird ausgehend von einem Leiter mit einem über die axiale Länge konstanten Querschnitt eine Kompaktierung der Endabschnitte mit weniger stark ausgeprägtem rechteckförmigem Querschnitt erreicht, wobei sich nur die Querschnittsform ändert, jedoch die Querschnittsfläche in den Endabschnitten gleich oder zumindest annähernd gleich ist wie die Querschnittsfläche im mittleren Abschnitt des Leiters.
Um mechanische und thermisch bedingte Spannungen im Leiter zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren, ist vorteilhafterweise der Übergang von dem breiteren, mittleren Abschnitt des Leiters zu wenigstens einem schmaleren Endab- schnitt mit einem Winkel von maximal 75° versehen, bezogen auf die Längsachse des Leiters. Dieser Winkel beträgt beispielsweise 60° oder 45°. Auf diese Weise wird ein verhältnismäßig gleichmäßiger Übergang zwischen dem breiteren, mittleren Abschnitt und dem schmaleren, stirnseitigen Endabschnitt sichergestellt. Schädigungen während des Kompaktierens, insbesondere in Form einer Versteifung der Litze, werden durch die Begrenzung des Winkels im Übergangsbereich vermieden.
Um eine ausreichend hohe Flexibilität des Leiters sicherzustellen, ist es zweckmäßig, im Bereich des mittleren Abschnittes ein Verhältnis von Breite zu Höhe von mindestens 3:2 vorzusehen, so dass die Breite mindestens das 1.5-fache von der Höhe beträgt. Gegebenenfalls wird ein noch deutlich größeres Verhältnis von Breite zu Höhe gewählt, beispielsweise ein Verhältnis von 4:2, 5:2, 6:2 oder noch größer.
Zweckmäßigerweise sind beide Endabschnitte mit Kontaktelementen verschweißt, beispielsweise ein Endabschnitt des Leiters mit einem Kabelschuh und der gegenüberliegende Endabschnitt mit dem Kontaktstück, das mit Isolation (z.B. Isoliergummi) durch das Polgehäuse des Elektromotors geführt wird. Im Falle eines Strom führenden Leiters, der zum Kommutator des Elektromotors führt, ist der Leiter auf der Kommutatorseite mit der Kohlebürste verbunden und auf der dem Kommutator gegenüberliegenden Seite mit dem Kontaktstück verschweißt, welches durch das Polgehäuse isolierend geführt wird.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Elektromotor mit einem Polgehäuse, in dem ein Anker umläuft, wobei die Stromzufuhr zum Elektromotor über einen als Litze ausgeführten Leiter erfolgt, der einenends mit einem Relais und anderenends auf Seiten des Elektromotors mit einem auf der Außenseite des Polgehäuses befestigten Kontaktstück verbunden ist,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Litze, Fig. 3 die Litze in Seitenansicht, Fig. 4 die Litze im Schnitt,
Fig. 5 eine Ausschnittvergrößerung im Übergangsbereich einer Stirnseite zum mittleren Abschnitt der Litze.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist ein Elektromotor 1 dargestellt, der als mechanisch kommutierter Gleichstrommotor ausgeführt ist und als Startermotor für Verbrennungsmotoren eingesetzt wird. Der Elektromotor 1 weist in einem Polgehäuse 2, an dessen Innenseite Magnete angeordnet sind, einen umlaufenden Anker 3 auf, der mit einem bestrombaren, mit Spulen versehenen Ankerpaket versehen ist, wobei die Bestromung des Ankerpakets über einen Kommutator 4 erfolgt, an dessen Außenseite eine Kohlebürste 5 anliegt, die mit einem als Litze 6 ausgeführten Stromleiter verbunden ist.
Die Stromzufuhr zum Elektromotor 1 erfolgt ausgehend von einem Relais 7 über einen als Litze 8 ausgebildeten Stromleiter, der auf Seiten des Elektromotors mit einem Kontaktstück 9 verbunden, insbesondere angeschweißt ist, das auf der Polgehäuseaußenseite angeordnet ist. Auch die Litze 6, über die die Kohlebürste 5 mit Strom versorgt wird, ist mit dem Kontaktstück 9 verbunden. Die Litze 8 ist anderenends mit einem Kabelschuh 10 verschweißt, der auf einen Bolzen 1 1 im Relais 7 aufgesteckt und mit einer Mutter 12 gesichert ist.
Die Litze 8 und zweckmäßigerweise auch die Litze 6 weisen jeweils eine recht- eckförmigen Querschnitt in einem mittleren Abschnitt auf sowie einen ebenfalls rechteckförmigen bzw. quadratischen Querschnitt in ihren beiden Endabschnitten. In den folgenden Figuren 2 bis 5 sind die Litzen 6 bzw. 8 in Einzeldarstellung gezeigt. Die Litze 6, 8 besteht aus einem mittleren Abschnitt 13 und stirnseitigen Endabschnitten 14 bzw. 15, über die die Litze mit den jeweiligen Kontaktelementen verschweißt ist. Die stirnseitigen Endabschnitte 14 und 15 weisen einen sich vom mittleren Abschnitt 13 unterscheidenden Querschnitt auf. Der mittlere Abschnitt 13 ist, wie der Schnittdarstellung gemäß Fig. 4 zu entnehmen, flach ausgebildet und weist eine verhältnismäßig große Breite b und eine geringe Höhe h auf, wobei das Verhältnis von Breite b zu Höhe h mindestens 3:2 beträgt, gege- benenfalls aber noch erheblich größer zugunsten einer größeren Breite sein kann. Der stirnseitige Endabschnitte 14 besitzt einen quadratischen Querschnitt, der gegenüberliegende stirnseitige Endabschnitt 15 einen rechteckförmigen Querschnitt, der jedoch weniger flach ausgebildet ist als im mittleren Abschnitt 13, so dass das Verhältnis von Breite zu Höhe des stirnseitigen Abschnitts 15 kleiner ist als im mittleren Abschnitt 13.
In der Seitenansicht gemäß Fig. 3 äußert sich diese unterschiedliche Querschnittsgeometrie in dem flachen mittleren Abschnitt 13 und etwas dicker ausgeführten stirnseitigen Endabschnitten 14 und 15, wobei der eine stirnseitige Endabschnitt 14 auf Grund der quadratischen Querschnittsgeometrie eine größere Höhe aufweist als der gegenüberliegende stirnseitige Endabschnitt 15 mit recht- eckförmigem, nicht-quadratischem Querschnitt. Da die stirnseitigen Endabschnitte 14 und 15 durch Umformen des Leiters hergestellt sind, weisen auch die stirnseitigen Endabschnitte 14 und 15 die gleiche Querschnittsfläche auf wie der mittlere Abschnitt 13.
In Fig. 5 ist der Übergang 16 zwischen dem einen stirnseitigen Endabschnitt 14 und dem mittleren Abschnitt 13 in vergrößerter Darstellung gezeigt. Um insbesondere Schädigungen während des Kompaktierens zu vermeiden, weist der Übergang 16 gegenüber der Längsachse des Leiters einen Winkel α auf, der maximal 75° beträgt. Im Ausführungsbeispiel liegt der Winkel α bei etwa 45°.

Claims

Ansprüche
1. Elektromotor, insbesondere Startermotor für einen Verbrennungsmotor, mit einem elektrischen Leiter zur Stromzuführung, wobei der Leiter mit einem Kontaktstück (9) verbunden ist, das mit einem Bauteil des Elektromotors (1 ) in Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter in einem mittleren Abschnitt (13) einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist.
2. Elektromotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter im Bereich eines stirnseitigen Endabschnitts (14, 15) mit dem Kontaktstück (9) verschweißt ist, wobei der stirnseitige Endabschnitt (14, 15) einen rechteckförmigen Querschnitt, jedoch mit unterschiedlichem Format gegenüber dem mittleren Abschnitt (13) aufweist.
3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter als Litze (6) ausgeführt ist.
4. Elektromotor nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden stirnseitigen Endabschnitte (14, 15) des Leiters jeweils einen rechteckförmigen Querschnitt mit unterschiedlichem Format gegenüber dem mittleren Abschnitt (13) aufweisen.
5. Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die rechteckförmigen Querschnitte der Endabschnitte (14, 15) durch Umformen hergestellt sind.
6. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Abschnitt (13) des Leiters flacher mit größerer Breite und geringerer Höhe ausgebildet ist als mindestens ein Endabschnitt (14, 15).
7. Elektromotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) im Übergang von dem breiteren mittleren Abschnitt (13) des Leiters zu mindestens einem schmaleren Endabschnitt (14, 15) maximal 75° beträgt.
8. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Breite zu Höhe des mittleren Abschnitts (13) des Leiters mindestens 3:2 beträgt.
9. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endabschnitt (14, 15) des Leiters einen quadratischen Querschnitt aufweist.
10. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass beide Endabschnitte (14, 15) mit Kontaktelementen (9, 10) verschweißt sind.
1 1. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endabschnitt (14, 15) des Leiters mit einem Kabelschuh (10) verbunden ist.
12. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktstück (9) mit einem Polgehäuse (2) des Elektromotors (1 ) isolierend verbunden ist.
13. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leiter (6) mit einer Kohlebürste (5) verbunden ist, die auf Kontakt mit einem ankerfesten Kommutator (4) liegt.
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