Kommutatoranordnung an einem Mikromotor Mikromotoren äusserst kleiner Abmessungen wer den heute in verschiedenen automatischen Steuervor richtungen und in Miniaturtonbandgeräten verwendet. Infolge der sehr kleinen Abmessungen der Motoren soll die Kommutatoranordnung sehr kleine Reibungs verluste und Spannungsabfälle erzeugen, und sie soll einfach im Aufbau, in der Fabrikation und im Unter halt während längerer Lebensdauer sein.
Die bisher verwendeten, aus Silber-Kupfer-Legierungen, Phos phorbronze oder dergleichen Legierungen bestehenden Kommutatoranordnungen von Mikromotoren weisen nur beschränkte Lebensdauer auf, weil die Bürsten und der Kommutator durch Funkenbildung und mechanische Reibung rasch abgenützt wurden.
Es werden bereits seit langer Zeit Versuche zur Verwendung drahtförmiger Bürsten in Mikromotoren durchgeführt, da solche Bürsten den Aufbau verein fachen und die Reibungsverluste herabsetzen. Bisher hat jedoch die Verwendung drahtförmiger Bürsten zu übermässig rascher Abnützung und Zerstörung des Kommutators und der Bürsten geführt, so dass die Kommutatoranordnung nach kurzer Betriebszeit un brauchbar wurde. Solche Kommutatoranordnungen wurden daher lediglich in Spielzeugmotoren verwen det, während man von ihrer Verwendung absehen musste, wenn von den Mikromotoren höhere Lebens dauer und hohe Betriebssicherheit verlangt wird.
Aus naheliegenden Gründen sollen die fadenför- migen Bürsten zur Erzielung besonders niedriger Rei bungsverluste so fein als möglich ausgebildet sein und mit möglichst niedrigem Kontaktdruck ange- presst werden. Bisher wurden jedoch im Hinblick auf die Abnützung durch Reibung und Bürstenfeuer verhältnismässig dicke Bürsten verwendet, wodurch jedoch die Reibungsverluste zwischen dem Kommu- tator und den Bürsten so hoch ausfielen, dass sie die Arbeitsweise des Mikromotors wesentlich beein trächtigten.
Da ausserdem die Kommutatoranordnung von Mikromotoren äusserst kleine Abmessungen aufweist, wird die Herstellung der Bürsten und des Kommutators wesentlich erschwert. Insbesondere ist das Herausarbeiten des Isoliermaterials zwischen be nachbarten Kommutatorsegmenten nicht nur äusserst schwierig durchzuführen, sondern auch unerwünscht, weil die dadurch entstehenden axialen Nuten in der Kommutatoroberfläche Vibrationen der auf dem Kom- mutator schleifenden Bürsten hervorrufen.
Bei be kannten Kommutatoranordnungen war jedoch dieses herausarbeiten der Isolation zwischen den Kommu- tatorsegmenten unerlässlich, weil ohne diese Mass- nahme das Isoliermaterial zwischen benachbarten Kommutatorsegmenten mit den letzteren bündig ver lief, wobei es vorkommen konnte, dass der Mikro motor nich mehr von selbst anlief, wenn eine Bürste erwähnten Schwierigkeiten herkömmlicher Kommu- tatorsegmenten befindliche Isoliermaterial auflag.
Es ist das Ziel vorliegender Erfindung, die oben erwähnten Schwierigkeiten herkömmlicher Kommu- tatoranordnungen an Mikromotoren zu überwinden. Die erfindungsgemässe Kommutatoranordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bürsten als Drähte mit einem Durchmesser von v^,05-0,25 mm ausgebildet sind und mit einem Druck von 0,5 bis 3 Gramm angepresst werden.
Diese Bürsten hoher Biegsamkeit können jede durch die Drehung des Kommutators hervorgerufene Vibration aufnehmen.
Zur Erzielung einer Kommutatoranordnung mit wesentlich erhöhtem Widerstand gegen Abnützung durch mechanische Reibung und Bürstenfeuer können ausserdem die Kommutatorsegmente vorzugsweise aus einer Silber-Palladium-Legierung enthaltend 80 bis 60 % Silber und 20 bis 40 % Palladium und die Bürsten aus einer Platin-Iridium-Legierung enthaltend 25 bis 70 % Platin und 5 bis 30 % Iridium bestehen.
Die Kommutatorsegmente können auch aus einer Silber-Palladium-Legierung enthaltend 80 bis 60 % Silber und 20 bis 40 % Palladium und die Bürsten aus einer Legierung enthaltend 50 bis 80 % Gold, 5 bis 20 % Platin und 10 bis 15 % Kupfer bestehen.
Um das Ausräumen der Isolation zwischen be nachbarten Kommutatorsegmenten unnötig zu ma chen, können Bürsten verwendet werden, von welchen jede einzelne Leiter aufweist, die derart angeordnet sind, dass sie den Kommutator an in Umfangsrichtung desselben im Abstand voneinander liegenden Stellen berühren.
Weitere Ziele, Lösungsgedanken und Vorteile sind aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung ersichtlich, welche ein bevorzugtes Ausführungsbei spiel des erfindungsgemässen Mikromotors darstellt und worin: Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines mit der erfindungsgemässen Kontaktordnung ausge rüsteten Mikromotors darstellt.
Fig. 2 ist ein Querschnitt nach Linie 11-1I in Fig. 1 und Fig. 3 zeigt ein Schaltschema des Mikromotors. Der dargestellte Mikromotor besitzt ein zylin drisches Gehäuse 1, in welchem ein ringförmiger Sta- tor 2 befestigt ist. Der Anker oder Rotor 3 ist auf einer Welle 4 innerhalb des Stators 2 befestigt und ist mit einer in nicht dargestellten Nuten liegenden Wicklung 5 versehen. Die Wicklung 5 ist mittels Verbindungsleitern 6 mit den Lötfahnen 8 des Kom- mutators 7 verbunden.
Der Kommutator 7 weist Kom- mutatorsegmente 9 auf, die aus einer Legierung enthaltend 70% Silber und 30%, Palladium hergestellt sind und die radial um die Welle 4 auf einer isolie renden Hülse 10 angeordnet sind. Im Gehäuse 1 ist ein ringförmiger Bürstenträger 11 aus Isoliermaterial angeordnet, an dessen einer Stirnseite mittels Schrau ben 12 an diametral gegenüberliegenden Stellen me tallische Bürstenhalter 13 befestigt sind.
Jeder Bür stenhalter 13 ist mit einem Lappen 14 versehen, an welchem zwei feine, drahtförmige Bürsten 15 und 16 derart festgelötet sind, dass sie einen kleinen Winkel unter sich einschliessen und in entsprechendem Ab stand voneinander tangential an den Kommutator anliegen.
Bei dieser Ausführung sind die Bürsten 15 und 16 als Drähte mit einem Durchmesser von 0,1 mm ausgebildet und bestehen aus einer Legierung ent haltend 80 % Platin und 20 % Iridium. Diese Legie rung weist eine Vickershärte von ungefähr 270 auf. Der Bürstenträger 11 ist mittels Schrauben 18 am Gehäuse 1 befestigt von welchen jede mittels einer Hülse 17 aus Isoliermaterial vom Gehäuse isoliert ist und von aussen festgezogen werden kann. Die Schrau ben 18 stehen in elektrischer Verbindung mit den ent sprechenden Schrauben 12 und stehen somit über die Schrauben 12 mit den Bürstenhaltern 13 bzw. mit den Bürsten in Verbindung und dienen als Anschlussklem- men für diese Bürsten.
In der Nähe des einen Endes ist das Gehäuse 1 an der Innenwand mit einer Ringnut 20 versehen, in welche ein Anschlagring 21 eingesetzt ist. Innerhalb des Rings 21 befindet sich im Gehäuse eine Scheibe 20, die mittels Bolzen 23 mit einem Lagerschild 19 verschraubt ist, wobei die Teile 21 und 19 mittels der Schrauben 23 von entgegengesetzten Seiten gegen den Ring 21 gepresst werden. Zwischen dem Lager schild 19 und der Welle 4 ist ein Kugellager 24 angeordnet. Ein ölschleuderring 26 ist an der dem Kugellager 24 gegenüberliegenden Seite der Scheibe 22 auf der Welle montiert, und wirkt mit dem inneren Teil 25 der Scheibe 22 zusammen. Die Welle 4 ragt auf der andern Seite über das Kugellager 24 hinaus und trägt dort einen weiteren ölschleuderring 27.
Auf dem beim Kugellager 24 vorragenden Ende der Welle 4 ist eine Reglerscheibe 28 befestigt, in deren axialen Fortsatz eine zentrische Elektrode 29 eingesetzt ist, welche von einem isoliert angeordneten Schleifring 30 umgeben ist. Mittels eines einen beweglichen Kontakt 32 tragenden, elastischen Arms ist an der Reglerscheibe 28 eine Fliehkraftmasse 31 angeordnet. Dem beweglichen Kontakt 32 liegt ein fester Gegen kontakt 33 gegenüber. Die Kontakte 32 und 33 sind elektrisch mit der Elektrode 29 bzw. mit dem Schleif ring 30 verbunden. Während des Betriebs des Motors kann sich die Masse 31 radial nach aussen bewegen.
Auf das dem Regler 34 zugewandte Ende des Gehäuses 1 ist ein Reglergehäuse 34 aufgesetzt. In diesem Gehäuse 34 ist im Bereiche der Elektrode 29 und des Schleif rings 30 ein isolierender Montagering 35 angeordnet, in welchem zwei zylindrische, elektrisch leitende Einsätze 37 befestigt sind, die an diametral gegen überliegenden Stellen den Ring 35 durchsetzen. Jeder der Einsätze 37 ist mit einer durchgehenden Gewin debohrung 36 versehen. Auf der einen Seite des Rings 35 ist ein Bürstenhalter 38 mittels einer in der Gewin debohrung 36 verankerten Schraube 39 mit dem Einsatz 37 verbunden. Mit dem Bürstenhalter 38 verbundene Bürsten 40 stehen mit dem Schleifring 30 in Verbindung. Auf der gegenüberliegenden Seite des Rings 35 ist mittels einer Schraube 43 eine lei tende, elastische Lamelle 42 mit dem Einsatz 37 verbunden.
Die Lamelle 42 ist mit einem Kontakt 44 versehen, welcher durch die elastische Lamelle 42 gegen die Elektrode 29 gepresst wird.
Der Ring 35 ist mittels Schrauben 46 mit dem Reglergehäuse 34 verbunden. Beide Schrauben 46 sind mittels Isolierhülsen 45 vom Reglergehäuse isoliert. Sie stehen je mit einem der Einsätze 37 in elektrisch leitender Verbindung und dienen als von aussen zugängliche Anschlussklemmen.
Das gegenüberliegende Ende der Welle 4 ist mittels eines Kugellagers 48 in einem mit dem gegenüberlie- genden Ende des Gehäuses 1 verbundenen Lagerschild 47 gelagert. Das Gehäuse 1 weist an diesem Ende ebenfalls eine Ringnut 49 auf, in welche ein Halte ring 50 eingesetzt ist. Ein von innen gegen den Ring 50 anliegender Ring 51 ist mittels Schrauben 52 mit dem Lagerschild 47 verbunden, womit der Lager schild 47 gegen die Schultern am anliegenden Ge häuseende gepresst wird.
Die Schaltung des Mikromotors ist in Fig. 3 schematisch dargestellt.
Die eine, den Bürstenträger 11 haltende Schraube 18, ist durch eine Zuleitung 53 direkt mit der einen Klemme einer Gleichstromquelle verbunden, während die andere Schraube 18 mit einer der Schrauben 46 und über einen Widerstand 54 von ungefähr 300 Ohm mit der andern Schraube 46 verbunden ist, welche ihrerseits durch eine Leitung 55 mit der andern Klem me der Stromquelle verbunden ist.
Bei einem Mikromotor der dargestellten und oben beschriebenen Art wird die Zuverlässigkeit der Ar beitsweise und die Lebensdauer vorwiegend durch die Kommutatoranordnung bestimmt. Gemäss vorliegen der Erfindung weist der Kommutator 7 eine rein zylindrische Oberfläche auf, weil die Isolation zwi schen einzelnen Kommutatorsegmenten nicht entfernt ist, wodurch Radialbewegungen der Bürsten vermieden werden.
Das Isoliermaterial zwischen den einzelnen Kommutatorsegmenten kann belassen werden, weil die Bürstenpaare 15, 16 derart mit den Lappen 14 der Bürstenhalter 13 verlötet sind, dass sie im Abstand voneinander tangential auf den Kommutator 7 auflie gen. Dank dieser Anordnung kann die Stromzufuhr zur Rotorwicklung 5 nie vollständig unterbrochen sein, selbst wenn die eine Bürste des einen oder beider Bürstenpaare auf die Isolation zwischen benachbarten Kommutatorsegmenten 9 zu liegen kommt, weil die andere Bürste des betreffenden Bürstenpaares in diesem Fall sicher auf ein leitendes Kommutator- segment aufliegt.
Die Kombination der Materialien aus welchen die Kommutatorsegmente 9 bzw. die Bürsten 15 und 16 hergestellt sind, stellt einen äusserst wichtigen Faktor für die Lebensdauer der Kommutatoranordnung dar. Bei der dargestellten Ausführungsform sind Lebens dauern von 4.000 Stunden und mehr erreicht worden, wenn die Kommutatorsegmente aus einer Legierung enthaltend 70 % Silber und 30 % Palladium und die Bürsten 15 und 16 aus der Legierung enthaltend 80 % Platin und 20 % Iridium hergestellt wurden.
Um diese Lebensdauer sicherzustellen, kann das Legie rungsverhältnis für das Material der Kommutatorseg- m#mte 80 bis 60 % Silber und 20 bis 40 % Palladium und das Legierungsverhältnis für das Material der Bürsten 95 bis 70 % Platin und 5 bis 30 % Iridium aufweisen. Ähnliche Ergebnisse werden erreicht, wenn die Bürsten aus einer Legierung enthaltend 50 bis 80 % Gold, 5 bis 20 % Platin und 10 bis 15 % Kupfer hergestellt werden.
Es wurden beispielsweise Lebens dauern von 4.000 Stunden und mehr erreicht, wenn die Kommutatorsegmente 9 aus einer Legierung enthaltend 70<B>%</B> Silber und 30 % Palladium erstellt wurden, und wenn Bürsten 15 und 16 von 0, 1 mm Durchmesser aus einer unter der Handelsbezeichnung Pallini enthaltend 58 % Gold, 16 % Platin, 9 % Silber, 12 % Kupfer, 4 % Palladium und 1 % Zink verwendet wurden.
Tatsächlich hängt die Lebensdauer der Kommutatoranordnung mehr oder weniger auch vom Kontaktdruck zwischen dem Kommutator und den Bürsten und vom Durchmesser der Bürsten 15 und 16 ab, doch ist von wesentlich grösserer Bedeu tung die Kombination der für den Kommutator und die Bürsten verwendeten Materialien. Es wurde auch festgestellt, dass wenn die oben angegebenen Mate rialien in umgekehrter Kombination verwendet wer den, die Lebensdauer erheblich verkürzt würde, d. h., dass die Verwendung der angegebenen Materialien weitgehend nutzlos würde.
Der Kontaktdruck zwischen dem Kommutator und den Bürsten hat ebenfalls einen Einfluss auf die Lebensdauer der Kommutatoranordnung des Mikro motors, aber er beeinflusst auch den übergangswi- derstand und damit den Strom in der Rotorwicklung 5. Eine Herabsetzung des Kontaktdruckes der Bürsten 15 und 16 wirkt sich natürlich günstig auf die Reibungs verluste am Kommutator aus. Demgegenüber wird der elektrische Übergangswiderstand erhöht. Unter die sen Umständen muss üblicherweise ein Kompromiss für einen optimalen Bürstendruck gefunden werden, bei welchem die Reibungsverluste und der elektrische Übergangswiderstand in tragbaren Grenzen bleiben.
Praktisch erzeugt der Kommutator eine wenn auch nur geringe Vibration der aufliegenden Bürsten. Ausserdem nimmt die elastische Durchbiegung der Bürsten und damit der Kontaktdruck mit zunehmen der Abnützung der Bürsten und des Kommutators etwas ab. Um diese Einflüsse nach Möglichkeit un wirksam zu machen, sollen die Bürsten 15 und 16 genügende Elastizität und Biegsamkeit aufweisen. Das könnte durch extreme Reduktion des Bürsten durchmessers erreicht werden, was jedoch anderseits die Lebensdauer der Bürsten wesentlich herabsetzen würde.
Es wurde festgestellt, dass bei der erfindungs- gemässen Kommutatoranordnung mit den oben ange gebenen Kombinationen von Legierungen ein Kontakt druck von 0,5 bis 3 Gramm einen befriedigenden Stromübergang von den Bürsten auf den Kommutator zur Rotorwicklung gewährleistet. Bei diesen Bürsten drücken ist auch eine befriedigende Elastizität und Biegsamkeit der Bürsten 15 und 16 möglich, wenn dieselben als Drähte mit einem Durchmesser von 0,05 bis 0,25 mm ausgebildet werden.
Der Bürstendruck von 0,5 bis 3 Gramm kann im allgemeinen durch eine ziemlich starke Biegung der drahtförmigen Bürsten erreicht werden, selbst wenn diese dünn genug ausge führt werden, um genügende Biegsamkeit aufzuweisen. Solche dünne drahtförmige Bürsten können jedoch keine genügend hohe Lebensdauer gewährleisten, weil sie starker Abnützung ausgesetzt sind. Die oben angegebenen Bürstendurchmesser von 0,05 bis 0,25 mm können daher nur praktisch angewendet werden, wenn die Kombination von Materialien gemäss der Erfindung verwendet wird.
Aus dem Vorstehenden geht hervor, dass die Erfindung verschiedene wesent liche Vorteile, insbesondere kleine Abmessungen, einfache Herstellung und hohe Lebensdauer der Kommutatoranordnung von Mikromotoren, an wel che sowohl bei der Fabrikation als insbesondere im Betrieb hohe Anforderungen gestellt werden, bietet.
Commutator arrangement on a micromotor Micromotors of extremely small dimensions who are used today in various automatic Steuervor directions and in miniature tape recorders. As a result of the very small dimensions of the motors, the commutator assembly should generate very small friction losses and voltage drops, and it should be simple in structure, manufacture and maintenance for a longer service life.
The previously used, consisting of silver-copper alloys, Phos phorbronze or similar alloys, commutator arrangements of micromotors have only a limited service life, because the brushes and the commutator were quickly worn out by sparking and mechanical friction.
There have been attempts to use wire-shaped brushes in micromotors for a long time, since such brushes simplify the structure and reduce the friction losses. So far, however, the use of wire-shaped brushes has led to excessively rapid wear and tear and destruction of the commutator and the brushes, so that the commutator arrangement has become unusable after a short period of operation. Such commutator assemblies were therefore only used in toy motors, while it was necessary to refrain from using them if the micromotors required a longer life and high operational reliability.
For obvious reasons, the thread-like brushes should be designed as finely as possible in order to achieve particularly low friction losses and should be pressed on with the lowest possible contact pressure. So far, however, relatively thick brushes have been used in view of the wear and tear caused by friction and brush fire, but as a result the friction losses between the commutator and the brushes were so high that they significantly impaired the functioning of the micromotor.
In addition, since the commutator arrangement of micromotors has extremely small dimensions, the manufacture of the brushes and the commutator is made considerably more difficult. In particular, working out the insulating material between adjacent commutator segments is not only extremely difficult to carry out, but also undesirable because the resulting axial grooves in the commutator surface cause vibrations of the brushes sliding on the commutator.
In known commutator arrangements, however, it was essential to work out the insulation between the commutator segments, because without this measure the insulation material between adjacent commutator segments ran flush with the latter, whereby it could happen that the micro motor no longer started by itself, when a brush, mentioned difficulties of conventional commutator segments, was placed on insulating material.
It is the aim of the present invention to overcome the above-mentioned difficulties of conventional commutator arrangements on micromotors. The commutator arrangement according to the invention is characterized in that the brushes are designed as wires with a diameter of 0.5-0.25 mm and are pressed on with a pressure of 0.5 to 3 grams.
These high flexibility brushes can absorb any vibration caused by the rotation of the commutator.
To achieve a commutator arrangement with significantly increased resistance to wear and tear through mechanical friction and brush fire, the commutator segments can also preferably be made of a silver-palladium alloy containing 80 to 60% silver and 20 to 40% palladium and the brushes made of a platinum-iridium alloy 25 to 70% platinum and 5 to 30% iridium.
The commutator segments can also consist of a silver-palladium alloy containing 80 to 60% silver and 20 to 40% palladium and the brushes of an alloy containing 50 to 80% gold, 5 to 20% platinum and 10 to 15% copper.
In order to make the removal of the insulation between adjacent commutator segments unnecessary, brushes can be used, each of which has individual conductors which are arranged in such a way that they touch the commutator at points spaced apart from one another in the circumferential direction.
Further goals, ideas and advantages can be seen from the following description and the drawing, which shows a preferred embodiment of the micromotor according to the invention and in which: FIG. 1 shows a partially sectioned side view of a micromotor equipped with the contact arrangement according to the invention.
Fig. 2 is a cross section along line 11-1I in Fig. 1 and Fig. 3 shows a circuit diagram of the micromotor. The micromotor shown has a cylindrical housing 1 in which an annular stator 2 is attached. The armature or rotor 3 is fastened on a shaft 4 within the stator 2 and is provided with a winding 5 located in slots (not shown). The winding 5 is connected to the soldering lugs 8 of the commutator 7 by means of connecting conductors 6.
The commutator 7 has commutator segments 9 which are made from an alloy containing 70% silver and 30% palladium and which are arranged radially around the shaft 4 on an insulating sleeve 10. In the housing 1, an annular brush holder 11 is arranged made of insulating material, on one end of which by means of screws ben 12 at diametrically opposite points me metallic brush holders 13 are attached.
Each Bür stenhalter 13 is provided with a rag 14 to which two fine, wire-shaped brushes 15 and 16 are soldered so that they enclose a small angle below and in a corresponding distance from each other tangentially rest on the commutator.
In this embodiment, the brushes 15 and 16 are designed as wires with a diameter of 0.1 mm and consist of an alloy containing 80% platinum and 20% iridium. This alloy has a Vickers hardness of approximately 270. The brush holder 11 is fastened to the housing 1 by means of screws 18, each of which is isolated from the housing by means of a sleeve 17 made of insulating material and can be tightened from the outside. The screws 18 are in electrical connection with the corresponding screws 12 and are thus in connection with the brush holders 13 or with the brushes via the screws 12 and serve as connecting terminals for these brushes.
In the vicinity of one end, the housing 1 is provided on the inner wall with an annular groove 20 into which a stop ring 21 is inserted. Inside the ring 21 there is a disk 20 in the housing which is screwed to a bearing plate 19 by means of bolts 23, the parts 21 and 19 being pressed against the ring 21 from opposite sides by means of the screws 23. Between the bearing shield 19 and the shaft 4, a ball bearing 24 is arranged. An oil slinger 26 is mounted on the shaft on the side of the disk 22 opposite the ball bearing 24, and cooperates with the inner part 25 of the disk 22. The shaft 4 protrudes beyond the ball bearing 24 on the other side and carries a further oil slinger 27 there.
On the end of the shaft 4 protruding from the ball bearing 24, a governor disk 28 is fastened, in the axial extension of which a central electrode 29 is inserted, which is surrounded by an insulated slip ring 30. A centrifugal mass 31 is arranged on the regulator disk 28 by means of an elastic arm carrying a movable contact 32. The movable contact 32 is a fixed counter contact 33 opposite. The contacts 32 and 33 are electrically connected to the electrode 29 and to the slip ring 30, respectively. During operation of the engine, the mass 31 can move radially outward.
A controller housing 34 is placed on the end of the housing 1 facing the controller 34. In this housing 34 an insulating mounting ring 35 is arranged in the region of the electrode 29 and the grinding ring 30, in which two cylindrical, electrically conductive inserts 37 are attached, which penetrate the ring 35 at diametrically opposite points. Each of the inserts 37 is debohrung 36 provided with a continuous thread. On one side of the ring 35, a brush holder 38 is connected to the insert 37 by means of a screw 39 anchored in the threaded hole 36. Brushes 40 connected to brush holder 38 are connected to slip ring 30. On the opposite side of the ring 35 a lei tend, elastic lamella 42 is connected to the insert 37 by means of a screw 43.
The lamella 42 is provided with a contact 44 which is pressed against the electrode 29 by the elastic lamella 42.
The ring 35 is connected to the controller housing 34 by means of screws 46. Both screws 46 are isolated from the controller housing by means of insulating sleeves 45. They are each in an electrically conductive connection with one of the inserts 37 and serve as connection terminals accessible from the outside.
The opposite end of the shaft 4 is supported by means of a ball bearing 48 in a bearing plate 47 connected to the opposite end of the housing 1. The housing 1 also has an annular groove 49 at this end, in which a retaining ring 50 is inserted. A ring 51 resting against the ring 50 from the inside is connected to the end shield 47 by means of screws 52, with which the bearing shield 47 is pressed against the shoulders at the adjacent end of the housing.
The circuit of the micromotor is shown schematically in FIG. 3.
The one screw 18 holding the brush holder 11 is connected directly to one terminal of a direct current source by a lead 53, while the other screw 18 is connected to one of the screws 46 and to the other screw 46 via a resistor 54 of approximately 300 ohms which in turn is connected by a line 55 to the other terminal of the power source.
In a micromotor of the type shown and described above, the reliability of the operation and the service life is mainly determined by the commutator arrangement. According to the present invention, the commutator 7 has a purely cylindrical surface because the insulation between the individual commutator segments has not been removed, thereby avoiding radial movements of the brushes.
The insulating material between the individual commutator segments can be left because the pairs of brushes 15, 16 are soldered to the tabs 14 of the brush holders 13 in such a way that they lie tangentially on the commutator 7 at a distance from one another. Thanks to this arrangement, the power supply to the rotor winding 5 can never be be completely interrupted, even if one brush of one or both pairs of brushes comes to rest on the insulation between adjacent commutator segments 9, because the other brush of the relevant pair of brushes in this case rests safely on a conductive commutator segment.
The combination of the materials from which the commutator segments 9 or the brushes 15 and 16 are made is an extremely important factor for the service life of the commutator arrangement. In the embodiment shown, service lives of 4,000 hours and more have been achieved when the commutator segments are off an alloy containing 70% silver and 30% palladium and the brushes 15 and 16 were made from the alloy containing 80% platinum and 20% iridium.
To ensure this service life, the alloy ratio for the material of the commutator segments can be 80 to 60% silver and 20 to 40% palladium and the alloy ratio for the material of the brushes can be 95 to 70% platinum and 5 to 30% iridium. Similar results are achieved when the brushes are made from an alloy containing 50 to 80% gold, 5 to 20% platinum and 10 to 15% copper.
For example, lifetimes of 4,000 hours and more were achieved if the commutator segments 9 were made from an alloy containing 70% silver and 30% palladium, and if brushes 15 and 16 were made from 0.1 mm diameter one under the trade name Pallini containing 58% gold, 16% platinum, 9% silver, 12% copper, 4% palladium and 1% zinc were used.
In fact, the service life of the commutator arrangement depends more or less on the contact pressure between the commutator and the brushes and on the diameter of the brushes 15 and 16, but the combination of the materials used for the commutator and the brushes is much more important. It has also been found that if the above materials are used in reverse combination, the service life would be significantly shortened; that is, the use of the specified materials would become largely useless.
The contact pressure between the commutator and the brushes also has an influence on the service life of the commutator arrangement of the micromotor, but it also influences the transition resistance and thus the current in the rotor winding 5. A reduction in the contact pressure of the brushes 15 and 16 naturally has an effect favorably on the frictional losses on the commutator. In contrast, the electrical contact resistance is increased. Under these circumstances, a compromise must usually be found for an optimal brush pressure at which the friction losses and the electrical contact resistance remain within acceptable limits.
In practice, the commutator generates even if only a slight vibration of the brushes on it. In addition, the elastic deflection of the brushes and thus the contact pressure decrease somewhat as the brush and commutator wear out. In order to make these influences ineffective as far as possible, the brushes 15 and 16 should have sufficient elasticity and flexibility. This could be achieved by extreme reduction of the brush diameter, which on the other hand would significantly reduce the service life of the brushes.
It was found that in the case of the commutator arrangement according to the invention with the combinations of alloys given above, a contact pressure of 0.5 to 3 grams ensures a satisfactory current transfer from the brushes to the commutator to the rotor winding. In these brushes press a satisfactory elasticity and flexibility of the brushes 15 and 16 is possible if the same are formed as wires with a diameter of 0.05 to 0.25 mm.
The brush pressure of 0.5 to 3 grams can generally be achieved by a fairly strong bending of the wire-shaped brushes, even if they are made thin enough to have sufficient flexibility. However, such thin wire-shaped brushes cannot guarantee a sufficiently long service life because they are exposed to heavy wear. The brush diameters of 0.05 to 0.25 mm given above can therefore only be used in practice when the combination of materials according to the invention is used.
It can be seen from the foregoing that the invention offers various essential advantages, in particular small dimensions, simple manufacture and long service life of the commutator arrangement of micromotors, which are subject to high demands both in manufacture and in particular in operation.