BRPI0716994A2 - dispositivo de comutaÇço para um motor de corrente contÍnua - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO DE COMUTAÇçO PARA UM MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA. A presente invenção refere-se a um dispositivo de comutador (40) para um motor de corrente contínua com um comutador (16) possuindo um grande número de lâminas de comutador (28) e com escovas (18) dispostas em um porta-escovas (23) para o contato elétrico das lâminas de comutador (28). O dispositivo de comutador (40) é caracterizado pelo fato de que um elemento de blindagem eletromagnético (32) está disposto de tal modo ao redor do comutador (16) que cobre pelo menos a área de um faiscamento de comutador que surge no ponto de contato (34) das escovas (18) com as lâminas de comutador (28).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO DE COMUTAÇÃO PARA UM MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA".

A presente invenção refere-se a um dispositivo de comutação para um motor de corrente contínua, de acordo com o gênero da reivindica- ção independente. Estado da Técnica

Em automóveis são usados motores de corrente contínua, por exemplo, para acionamentos auxiliares, atuadores e/ou acionamentos de conforto. Esses motores possuem um comutador para ligar ou desligar a corrente elétrica das bobinas de um enrolamento de bobinas ligadas às lâ- minas do comutador. Porém, durante o processo de comutação ocorre em geral o chamado faiscamento de comutador entre as lâminas do comutador e as escovas de carvão alternadamente eletricamente ligadas a elas e con- tatadas a uma fonte de tensão contínua. Este faiscamento de comutador pode causar interferências na freqüência de ondas longas, médias, curtas e ultracurtas, fato este que precisa ser evitado ou atenuado por causa dos componentes eletrônicos cada vez mais freqüentes em automóveis. Por esta razão é necessário colocar grandes exigências aos motores de corrente con- tínua visando sua compatibilidade eletromagnética. Do documento DE-A 103 18 734 é conhecida uma placa inverso-

ra antiparasitária para uma máquina elétrica que é dotada de componentes SMD, sendo que os componentes de SMD são executados como componen- tes antiparasitários a fim de atenuar interferências elétricas.

Também no documento DE-A 102 09 114 é revelado um comu- tador para uma máquina elétrica, em especial para um motor de corrente contínua, que possui um corpo de isolamento e um grande número de lâmi- nas de comutador, fixadas neste, dispostas em direção circunferencial lado a lado com distâncias de fenda, com ganchos de conexão para um enrolamen- to de induzido, e um disco antiparasitário disposto coaxialmente, sendo que eletrodos de conexão do disco antiparasitário são ligados às lâminas de co- mutador conduzindo eletricidade. Para racionalizar a produção do comuta- dor, o disco antiparasitário está disposto diretamente próximo aos ganchos de conexão e fixado diretamente nas lâminas de comutador ou mecanica- mente e eletricamente através de uma grade estampada. Descrição da Presente Invenção

Diante do estado da técnica mencionado, o dispositivo de comu- tador de acordo com a presente invenção, para um motor de corrente contí- nua possuindo um comutador que apresenta um grande número de lâminas de comutador, e com escovas dispostas em um porta-escovas para o conta- to elétrico das lâminas de comutador, tem a vantagem de que é possível providenciar uma blindagem muito eficaz na proximidade imediata do comu- tador, sem a necessidade de circuitos antiparasitários eletrônicos dispendio- sos ou alterações construtivas no comutador que gira durante a operação do motor de corrente contínua. Para tal, um elemento de blindagem eletromag- nético é disposto de tal modo ao redor do comutador que cobre pelo menos a área de um faiscamento de comutador que surge no ponto de contato das escovas nas lâminas de comutador. Dessa forma, há ainda a vantagem de uma forma de construção muito compacta do elemento de blindagem ele- tromagnético. Disso resulta ainda a possibilidade de usar uma carcaça para o motor de corrente contínua que pelo menos em parte consiste em material sintético e oferece uma economia considerável de peso e custos. Outras vantagens da presente invenção resultam das caracterís-

ticas indicadas nas reivindicações dependentes e do desenho e da seguinte descrição.

Assim sendo, o elemento de blindagem eletromagnético esten- de-se com vantagem em direção axial do comutador pelo menos sobre o comprimento das lâminas de comutador, a fim de obter a maior atenuação das emissões de interferência possível.

Em uma configuração vantajosa, o elemento de blindagem ele- tromagnético possui desbastes previstos, por exemplo, para as escovas. Isto permite uma ligação mecânica do elemento de blindagem eletromagnético com o porta-escovas e/ou uma carcaça do motor de corrente contínua de tal modo que pode ser disposto em direção radial do comutador, pelo menos em parte, entre o comutador e o porta-escovas. Além disso, os desbastes também podem produzir um esfriamento do comutador por meio de uma cir- culação de ar adequada.

Embora o faiscamento de comutador em essência somente o- corra nos pontos onde as escovas entram em contato elétrico alternado com as lâminas de comutador, produz-se uma vantagem quando o elemento de blindagem eletromagnético cerca o comutador em toda a circunferência; e isso de tal modo que uma atenuação das emissões de interferências elétri- cas em todas as direções do motor de corrente contínua ocorre quase que igualmente.

Mas, em uma realização alternativa também é possível que o

elemento de blindagem eletromagnético envolva o comutador apenas em partes da sua circunferência. Isto é vantajoso em especial quando o motor de corrente contínua se encontra em um lugar de montagem, onde apenas se torna necessário uma atenuação dos raios de interferência em uma de- terminada direção, ou quando o motor de corrente contínua já possui uma carcaça que consiste pelo menos parcialmente em metal ou em um material sintético vaporizado ou entremeado por metal. Além disso, um envolvimento parcial do comutador permite uma refrigeração mais simples do mesmo.

Se o elemento de blindagem eletromagnético for eletricamente ligado a um potencial de tensão, uma absorção e descarga das emissões de interferência efetivas se tornam possíveis com vantagem especial. Tal circui- to produz, portanto, uma supressão das interferências rápidas, tipo pulsos, uma vez que a capacidade resultante entre o comutador e o elemento de blindagem eletromagnético, em caso de freqüências altas, causa um curto- circuito.

Uma atenuação maior possível das emissões de interferência é obtida quando o elemento de blindagem eletromagnético consiste em pelo menos uma chapa de metal. Também é possível produzir o elemento de blindagem eletromagnético de várias chapas de metal individuais que então são interligadas conduzindo eletricidade. Ao lado da boa eficácia de blinda- gem, chapas de metal oferecem ainda a vantagem de uma dissipação de calor maior. Mas se a economia de peso for mais importante, o elemento de blindagem eletromagnético também pode ser feito de um material sintético vaporizado ou entremeado por metal que é feito inteiriçamente ou de várias partes separadas. Desenhos

A seguir, a presente invenção é explicada a titulo de exemplo

com a ajuda das figuras 1 a 7, sendo que referências idênticas nas figuras indicam componentes idênticos com modos de funcionamento idênticos. As figuras do desenho, sua descrição e as reivindicações contêm numerosas características em combinação. Um técnico também considerará estas ca- racterísticas individualmente e as reunirá para formar outras combinações úteis. Em especial, um técnico também reunirá as características de diversos exemplos de execução para obter mais combinações adequadas.

Eles mostram:

A figura 1 mostra uma apresentação esquematizada de um rotor ou induzido de um motor de corrente contínua com o dispositivo de comuta- dor de acordo com a presente invenção.

A figura 2 mostra uma apresentação esquematizada do disposi- tivo de comutador de acordo com a presente invenção em uma vista de cima do corte AA1 marcado na figura 1. A figura 3 mostra uma apresentação esquematizada de um corte

do dispositivo de comutador de acordo com a presente invenção em uma vista lateral.

A figura 4 mostra uma forma de execução alternativa do disposi- tivo de comutador de acordo com a presente invenção, em uma vista lateral de acordo com a figura 3.

As figuras 5 a 7 mostram respectivamente um exemplo de exe- cução para um elemento de blindagem eletromagnético.

A figura 1 mostra um induzido ou rotor 10 (a seguir será sempre usado o termo induzido) de um motor de corrente contínua que de modo co- nhecido possui um corpo de induzido 12 com lâminas, disposto de modo resistente à rotação em um eixo de induzido 11, com um enrolamento do induzido 14 embutido em ranhuras do corpo de induzido 12 e com um comu- tador 16 ligado ao enrolamento do induzido 14. Para o abastecimento alter- nado com corrente elétrica das diversas bobinas do enrolamento do induzido 14, escovas de carvão 18 (para maior simplicidade também denominadas de escovas) encontram-se na circunferência do comutador 16, que são guiadas axialmente deslocáveis em recipientes estacionários, alinhados radialmente em relação ao comutador 16 e que são pressionadas sobre o comutador 16 através de molas de aperto para escovas 22 (veja as figuras 2 a 4). Os reci- pientes 20 e, por conseguinte, também as escovas 18, estão de tal modo dispostos no porta-escovas 23 que para se conseguir um movimento rotativo do eixo de induzido 11 com um determinado número de rotações e/ou um torque definido, ocorre um fluxo de corrente de um pólo positivo de uma fon- te de corrente contínua não mostrada através das respectivas bobinas do enrolamento do induzido 14 para um pólo negativo da fonte de corrente con- tínua. Para esta finalidade, as escovas 18 são ligadas através de linhas 24 com a fonte de corrente contínua.

O comutador 16 consiste em um corpo de isolamento cilíndrico 26 (veja as figuras 2 a 4) que é fixado de modo resistente à rotação no eixo de induzido 11 do induzido 10. Na camisa do corpo de isolamento cilíndrico 26 estão dispostas lado a lado em direção circunferencial com distância de fenda, um grande número de lâminas de comutador 28 ancoradas. Estas possuem respectivamente um gancho de conexão 30 nos quais de modo já conhecido as bobinas do enrolamento do induzido 14 são engajadas e liga- das com as mesmas mecanicamente e eletricamente, sendo que a conexão usualmente ocorre por meio do chamado hotstaking - um processo de pren- sagem a quente, onde os ganchos de conexão 30 originariamente protube- rantes são pressionados sobre as lâminas de comutador 28 e nisso, simulta- neamente na área dos ganchos de conexão 30 o isolamento do fio do enro- lamento do induzido derrete.

Durante a operação do motor de corrente contínua, em cada comutação, isto é, na passagem de corrente de duas lâminas de comutador 28 vizinhas, surgem faíscas já que as bobinas do enrolamento do induzido 14 respectivamente ligadas às lâminas de comutador 28 sofrem um curto- circuito durante um tempo muito curto pelas escovas 18, e depois, seu curto- circuito é novamente aberto. Esta formação de faíscas denominada de fais- camento de comutador causa uma redução da vida útil devido à queima do contato nas escovas 18 e uma emissão de interferência eletromagnética. A fim de evitar esta emissão de interferências ou, pelo menos para atenuá-las, de acordo com a presente invenção, um elemento de blindagem eletromag- nético 32 está disposto de tal modo ao redor do comutador 16 que cobre no mínimo a área do faiscamento de comutador que surge no ponto de contato 34 (veja as figuras 2 a 4) das escovas 18 nas lâminas de comutador 28. O elemento de blindagem eletromagnético 32 precisaria envolver o comutador 16, portanto, o mais estreito possível. Por outro lado, porém, também precisa permanecer uma fenda entre as lâminas de comutador 28, em especial os ganchos de lâminas 30 e o elemento de blindagem eletromagnético 32, a fim de compensar eventuais tolerâncias de produção e curtos-circuitos entre as lâminas de comutador 28. Além disso, em virtude de um dimensionamento correspondente da fenda é garantido um resfriamento do comutador 16 e uma retirada suficiente da queima das escovas.

Da figura 1 também é evidente que o elemento de blindagem eletromagnético 32 é de tal modo ligado ao porta-escovas 23 que em dire- ção radial do comutador 16 é disposto pelo menos em segmentos entre o comutador 16 e o porta-escovas 23. Nisso, o elemento de blindagem eletro- magnético 32 pode ser fixado no porta-escovas 23 por meio de uma junção colada, aparafusada, rebitada, soldada ou semelhante, através de um ele- mento de fixação 36 respectivamente projetado, o que será discutido deta- Ihadamente no contexto das figuras 5 a 7.

Para que as escovas 18 possam entrar em contato elétrico com as lâminas de comutador 28, o elemento de blindagem eletromagnético 32 possui desbastes 38 através dos quais passam as escovas 18. Dessa forma, torna-se possível um envolvimento muito estreito do comutador 16 pelo ele- mento de blindagem eletromagnético 32.

O comutador 16 com as lâminas de comutador 28 e o porta- escovas 23 com as escovas 18 posicionadas elasticamente nos recipientes 20 e o elemento de blindagem eletromagnético 32 são partes integrantes do dispositivo de comutador 40 de acordo com a presente invenção, que será discutido detalhadamente a seguir no contexto das figuras 2 a 7.

A figura 2 mostra uma vista de cima do dispositivo de comutador 40 no corte AA1 mostrado na figura 1. Pode ser reconhecido o comutador 16, fixado de modo resistente à rotação no eixo de induzido 11, com as lâminas de comutador 28 distribuídas sobre a circunferência, fixadas na camisa do corpo de isolamento cilíndrico 26, que possuem cada vez um gancho de co- nexão 30 para o contato elétrico com as bobinas do enrolamento do induzido 14. O comutador 16 é cercado em toda sua circunferência pelo elemento de blindagem eletromagnético 32 que por meio dos elementos de fixação 36 é fixado no porta-escovas 23, como já descrito acima, e que pelo menos em segmentos é disposto entre o comutador 16 e o porta-escovas 23. As esco- vas 18 são guiadas de modo axialmente deslocável em recipientes 20 fixa- dos no porta-escovas 23, alinhados radialmente ao comutador 16, e por meio das molas de aperto para escovas 22 são prensadas sobre o comuta- dor 16 atravessando os desbastes 38 do elemento de blindagem eletromag- nético 32.

No exemplo de execução mostrado na figura 2, o dispositivo de comutador 40 possui três escovas 18. Isto é adequado quando o motor de corrente contínua é, por exemplo, um motor de limpador de parabrisa de vá- rios estágios que precisa ser dimensionado para dois números de rotações diferentes. O número das escovas 18, porém, não deve ser entendido como restrição para a presente invenção. Assim sendo, também é possível usar o elemento de blindagem eletromagnético 32 para um motor de corrente con- tínua com apenas duas ou com mais do que três escovas 18.

Se, em virtude da comutação, ocorrer um faiscamento de comu- tador no ponto de contato 34 das escovas 18 sobre as lâminas de comutador 28, surgem radiações de interferência eletromagnéticas que precisam ser atenuadas ou suprimidas com a ajuda do elemento de blindagem eletromag- nético 32. Para tal, o elemento de blindagem eletromagnético 32 consiste em uma chapa de metal que, por exemplo, é eletricamente ligado a um potencial de tensão através dos elementos de fixação 36 e por meio de vias conduto- ras 42 do porta-escovas 23. A respectiva lâmina de comutador 28 e o ele- mento de blindagem eletromagnético 32 correspondem, portanto, a um ca- pacitar com baixa capacidade que para os sinais tipo pulso e de alta fre- qüência age como um curto-circuito. Em uma realização alternativa, o ele- mento de blindagem eletromagnético 32 também pode ser feito de um mate- rial sintético vaporizado ou entremeado com metal que de modo adequado é unido ao porta-escovas 23 e às vias condutoras 42 que se encontram sobre ele. É lógico que no lugar das vias condutoras 42 também podem ser usados outros meios de ligação, tais como cabos etc.

A figura 3 é uma vista lateral do dispositivo de comutador 40 em um corte através do centro do eixo de induzido 11. Uma vez que a disposi- ção corresponde àquela da figura 2, uma nova descrição será dispensada. Diferentemente da figura 1, a figura 3 oferece uma apresentação melhor do ponto de contato 34 das escovas 18 nas lâminas de comutador 28. Além disso, torna-se evidente que o elemento de blindagem eletromagnético 32 se estende em direção axial do comutador 16, mais ou menos ao longo do comprimento das lâminas de comutador 28. Mas também é possível que o elemento de blindagem eletromagnético 32 somente possua um comprimen- to que cobre a área do faiscamento de comutador que surge nos pontos de contato 34. Do mesmo modo, o elemento de blindagem eletromagnético 32 também pode ser claramente mais longo do que as lâminas de comutador 28. Isto é vantajoso, por exemplo, quando - como mostra figura 4 - o elemen- to de blindagem eletromagnético 32 é fixado em uma carcaça 42 do motor de corrente contínua por meio do elemento de fixação 36. Neste caso, a car- caça 42 pode encontrar-se sobre o potencial de tensão, por exemplo, um potencial de massa, de modo que o uso de vias condutoras 42 no porta- escovas 23 é possível, porém, não obrigatório. Na figura 4, o eixo de induzi- do 11 é guiado em direção radial por meio de um rolamento de esferas 44 fixado na sua extremidade. Para evitar um movimento axial, pode ser previs- to adicionalmente também ainda um espelho de mancai 46 fixado na carca- ça 42. Como alternativa, também é possível que o eixo de induzido 11 se projete claramente acima do comutador 16. Isto é o caso, por exemplo, quando ainda mais um fuso para o acionamento da engrenagem precisa ser fixado sobre o mesmo. Neste caso, a carcaça 42 pode ser executada como uma carcaça de engrenagem com a qual o elemento de blindagem eletro- magnético 32 é unido mecanicamente e/ou eletricamente.

As figuras 5 até 7 mostram diversos exemplos de execução do elemento de blindagem eletromagnético 32. Ao lado dos desbastes 38 para as escovas 18 existem ainda outros desbastes 38 que, por um lado, provi- denciam uma refrigeração do comutador 16 e/ou uma remoção da queima de escova e, por outro lado, possibilitam uma atenuação parcial das emis- sões de interferência quando, por exemplo, a carcaça 42 do motor de cor- rente contínua em parte ela mesma é realizada para uma atenuação eletro- magnética.

Em especial em caso de uma chapa de metal, o elemento de fixação 36 pode ser cortado e dobrado diretamente do elemento de blinda- gem eletromagnético 32. Uma ligação elétrica ao potencial de tensão, por exemplo, através das vias condutoras 42 do porta-escovas 23 pode ser rea- lizada de maneira muito simples. O número e a disposição dos elementos de fixação 36 dependem, no caso, da estabilidade do elemento de blindagem eletromagnético 32 e podem ser variados livremente, em dependência das condições de espaço dadas. Uma realização correspondente dos elementos de fixação 36 também é possível para um material sintético vaporizado ou entremeado por metal.

Também o número e a forma dos desbastes 38 podem ser vari- ados em dependência das respectivas exigências à circulação do ar e/ou à compatibilidade eletromagnética (EMC) do motor de corrente contínua. Ao passo que, por exemplo, na figura 5, ao lado dos dois desbastes 38 para as escovas, estão previstos quatro outros desbastes 38, axialmente orientados, o elemento de blindagem eletromagnético 32 da figura 6 possui apenas dois outros desbastes 38 diagonais. Os desbastes 38 também podem ser execu- tados como fendas claramente mais estreitas. Além disso, é possível variar o número e a forma dos desbastes 38 para as escovas 18 de acordo com exi- gência ou desejo, sem restrição da presente invenção.

A figura 7, por fim, mostra um elemento de blindagem eletro- magnético 32 que consiste em várias partes separadas que são fixadas no porta-escovas 23 e/ou na carcaça 42 por meio dos respectivos elementos de fixação 36. Também nesse caso é garantida uma cobertura de pelo menos da área do faiscamento de comutador que surge no ponto de contato 34 das escovas 18 nas lâminas de comutador 28, mesmo quando o elemento de blindagem eletromagnético 32 cerca o comutador 16 apenas em partes da sua circunferência. Tal realização pode ser vantajosa, por exemplo, quando a carcaça 42 do motor de corrente contínua, na área do maior desbaste 38 do elemento de blindagem eletromagnético 32, ela mesma serve como blin- dagem ou, quando são feitas exigências especiais à refrigeração do comu- tador 16, especialmente em caso de um motor de corrente contínua com um alto número de rotações. Finalmente, cabe frisar que os exemplos de execução mostrados

não são restritos nem às figuras 1 a 7, nem ao número e à forma das esco- vas 18 e dos elementos de fixação 36 e desbastes 38 do elemento de blin- dagem eletromagnético 32. Também a forma mostrada do porta-escovas 23 não deve ser considerada como uma restrição da presente invenção.

Claims (12)

1. Dispositivo de comutador (40) para um motor de corrente con- tínua com um comutador (16) possuindo um grande número de lâminas de comutador (28) e com escovas (18) dispostas em um porta-escovas (23) para o contato elétrico das lâminas de comutador (28), caracterizado pelo fato de que um elemento de blindagem eletromagnético (32) está disposto de tal modo ao redor do comutador (16) que cobre pelo menos a área de um faiscamento de comutador que surge no ponto de contato (34) com as esco- vas (18) sobre as lâminas de comutador (28).

2. Dispositivo de comutador (40) de acordo com uma das reivin- dicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o elemento de blindagem eletromagnético (32) se estende em direção axial do comutador (16) pelo menos ao longo do comprimento das lâminas de comutador (28).

3. Dispositivo de comutador (40) de acordo com uma das reivin- dicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o elemento de blindagem eletromagnético (32) possui desbastes (38).

4. Dispositivo de comutador (40) de acordo com uma das reivin- dicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o elemento de blindagem eletromagnético (32) é de tal modo ligado ao porta-escovas (23) e/ou a uma carcaça (42) do motor de corrente contínua que em direção radial do comu- tador (16) está situado, pelo menos em segmentos, entre o comutador (16) e o porta-escovas (23).

5. Dispositivo de comutador (40) de acordo com uma das reivin- dicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o elemento de blindagem eletromagnético (32) cerca o comutador (16) em toda a circunferência.

6. Dispositivo de comutador (40) de acordo com uma das reivin- dicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o elemento de blindagem ele- tromagnético (32) cerca o comutador (16) em partes da sua circunferência.

7. Dispositivo de comutador (40) de acordo com uma das reivin- dicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o elemento de blindagem eletromagnético (32) é eletricamente ligado a um potencial de tensão.

8. Dispositivo de comutador (40) de acordo com uma das reivin- dicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o elemento de blindagem eletromagnético (32) consiste em pelo menos uma chapa de metal.

9. Dispositivo de comutador (40) de acordo com uma das reivin- dicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o elemento de blindagem ele- tromagnético (32) consiste em um material sintético vaporizado por ou en- tremeado por metal.

10. Motor de corrente contínua com um dispositivo de comutador (40) como definido em uma das reivindicações anteriores.

11. Motor de corrente contínua de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a carcaça (42) é uma carcaça de engre- nagem do motor de corrente contínua.

12. Motor de corrente contínua de acordo com uma das reivindi- cações 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que o motor de corrente contí- nua é um motor de limpador de parabrisa de vários estágios com pelo me- nos três escovas (18).