CZ286964B6 - Rotor for electric motor - Google Patents

Description

Oblast techniky

Tento vynález se týká rotorů pro elektrické motory a obzvláště rotorů pro miniaturní motory s permanentním magnetem (PMDC) na stejnosměrný proud, s vestavěnými kondenzátory pro potlačení elektrického šumu.

Dosavadní stav techniky

Hlavním zdrojem elektrického šumu v miniaturních motorech PMDC jsou komutátoiy. Tak jak se kartáče posouvají s jednoho segmentu na druhý, dochází k tvorbě jisker, což vytváří elektrický šum a zvyšuje opotřebování komutátoru a kartáčů. Potlačením těchto jisker může být zredukována úroveň tohoto šumu a zvýšena doba životnosti daného motoru. Pro potlačení těchto jisker může být ke komutátoru namontován varistor anebo odporové kroužky, obvykle přiletováním k udičkám (háčkům), používaným pro připojení vinutí motoru ke komutátoru. Viz., například, GB 2 202 688. K potlačení přenosu šumu do dodávky energie motoru mohou být alternativně k motorovým koncovkám, obvykle uvnitř koncového krytu motoru anebo na desce upevnění kartáče, připojeny kondenzátory a/nebo tlumivky.

Avšak vyššího potlačení šumu se zatím dosahuje pomocí připojení kondenzátorů přímo k vinutí rotoru. Kondenzátory mohou mít jeden přívod spojený dohromady a vytvářet hvězdicový kontakt a druhý připojený k příslušné kondenzátorové udičce, při stejném množství kondenzátorů a pólů rotoru. Známé uspořádání je znázorněno v GB 2 246 913, v němž jsou kondenzátory elektrolytického typu, uspořádané uvnitř tunelů vinutí rotoru s hvězdicovým kontaktem připojeným na protilehlém konci rotoru ke komutátoru.

Ač je toto funkční řešení uspokojivé, má určité nedostatky. Zejména není vhodné pro automatizovanou montáž a protože kondenzátory mají značnou velikost, tato technika nemůže být použita tam, kde jsou tunely vinutí relativně zaplněny drátem.

Podstata vynálezu

Tento vynález usiluje o překonání výše uvedených problémů zajištěním vinutého rotoru, v němž jsou vsazovací kondenzátory spojeny mezi prstencem spojení hvězdicového kontaktu a koncovými díly kondenzátorů.

Podle toho, tento vynález zajišťuje rotor pro elektrický motor zahrnující hřídel, komutátor kní namontovaný, jádro kotvy vytvářející počet pólů a vinutí navinuté okolo těchto pólů a připojené ke komutátoru a prostředek potlačování šumu, v němž má komutátor množství komutátorových segmentů upevněných na základně komutátoru, segmenty mají kontaktní díly pro provádění kluzného (posuvného) kontaktu s kartáči a koncové díly pro připojení k vinutí, kde prostředek potlačení šumu obsahuje určité množství vsazovacích kondenzátorů, každý s první a druhou koncovou lícní plochou, každá první koncová lícní plocha je připojena k příslušnému komutátorovému segmentu a každá druhá koncová lícní plocha je elektricky spojena dohromady aby bylo vytvořeno spojení hvězdicového kontaktu.

Použitím vsazovacích kondenzátorů může být dosaženo vyššího výkonu v potlačování šumu než dosud, požíváním kondenzátorů upevněných na rotoru, i když jsou tunely vinutí v podstatě plně zaplněny vinutím rotoru.

-1 CZ 286964 B6

Druhé koncové lícní plochy jsou přednostně spojeny dohromady pomocí vodivého prstence. Tento prstenec může být tvořen plošným materiálem, např. mosazí, či z PC, z vodivých pryžových prstenců anebo pruhů, či určité délky pružného drátu. Vytvořením prstence z pružného drátu může být využito resilience drátu k pomocí udržovat kondenzátory na místě zatímco jsou tyto přiletovány ke komutátorovým segmentům. V určitých uspořádáních může být opravdu odpor tohoto prstence dostatečný k udržování dobrého elektrického kontaktu mezi kondenzátory a komutátorovými segmenty a/nebo prstencem, čímž dojde k vyhnutí se potřebě pájení, ač přiletování kondenzátorů k prstenci může v určitých ztvárněních montáží pomoci.

Prostřednictvím připojení kondenzátorů ke koncovému dílu komutátorových segmentů může být délka daného komutátoru/rotoru udržována na minimu.

Koncové díly jsou pro spojení s vinutími rotoru přednostně formovány pomocí izolaci prostupujících koncovek typu mechanického spojení a jsou umístěny v díle koruny (vyklenutí) komutátorové základny. To dovoluje, aby byla konstrukce rotoru bez pájení. Kladná poloha pro vsazovací kondenzátory může být zajištěna umístěním kondenzátorů v zahloubeních anebo otvorech, vytvořených v základně komutátoru, jež mohou též zajišťovat prostředek umístění pro prstenec. Ideálně jsou kondenzátory umístěny radiálně směrem ven od koncovek.

Kondenzátory mohou být orientovány axiálně anebo radiálně a na koncových dílech mohou být zformovány palce a umístěny aby byly v kontaktu s první koncovou lícní plochou kondenzátorů buď v axiálním, nebo radiálním směru. Jestliže je k zadržování segmentů na základně komutátoru použít přídržný kroužek, ten může také udržovat kondenzátory v kontaktu s příslušnými kondenzátorovými segmenty.

Přehled obrázků na výkresech

Dále budou, pouze pomocí příkladů, popsána odkazy na příslušné výkresy přednostní ztvárnění tohoto vynálezu, kde:

Obr. 1 - schematický boční pohled na vrchní polovinu rotoru, zobrazující svařitelný komutátor před upevněním vinutí rotoru.

Obr. 2 - schematický boční pohled na komutátor z Obr. 1, po upevnění vinutí rotoru a namontování potlačovače šumu v souladu s prvním ztvárněním tohoto vynálezu.

Obr. 3 - zvětšený pohled řezem na komutátor na Obr. 2, znázorňující připojení potlačovače šumu.

Obr. 4 - pohled zezadu na montáž komutátoru na Obr. 3.

Obr. 5 - pohled řezem podobný Obr. 3, s alternativní podobou potlačovače šumu.

Obr. 6 - pohled zezadu na montáž komutátoru na Obr. 5.

Obr. 7 - schematický příčný řez částečnou montáží komutátoru, majícího koncový díl bez letování dle alternativního ztvárnění.

Obr. 8 - pohled zezadu na komutátor na Obr. 7, který je již smontovaný, ale pro jasnost s vynecháním přídržné podložky.

Obr. 9 - izometrický pohled na segment komutátoru na Obr. 7 a 8.

-2CZ 286964 B6

Obr. 10 - polotovar pro formování segmentu na Obr. 9.

Obr. 11 - příčný řez montáží komutátoru, znázorňující variaci k uspořádání na Obr. 7.

Obr. 12 - pohled zezadu na montáž komutátoru na Obr. 11.

Příklady provedení vynálezu

Na Obr. 1 a 2 je zobrazena vrchní polovina rotoru 20. Rotor 20 zahrnuje hřídel 21, na níž je namontováno jádro kotvy 22, obsahující pluralitu nakupených plechů kotvy. Vinutí motoru 23 je navinuto okolo jádra kotvy a vytváří póly navinuté kotvy.

Komutátor 30 je namontován k hřídeli 21 přilehle jádra kotvy 22. Komutátor obsahuje základnu komutátoru 31, určitý počet komutátorových segmentů 32 a přídržný kroužek 33. Základna komutátoru je tvarována z vhodného plastického materiálu jako například fenolitického nebo nylonového a má díl podpory segmentu 34, přírubu 35 a díl rozpěrky 36. Díl rozpěrky 36 natupo dosedá k jádru kotvy 22 a axiálně odděluje segmenty komutátoru 32 od jádra kotvy. Segmenty komutátoru 32 jsou zadržovány na základně komutátoru pomocí přídržného kroužku 33.

Segmenty komutátoru mají kluzný díl 37 k provádění posuvného kontaktu s uhlíkovými kartáči motoru a koncový díl 38, k němuž jsou připojeny spojovací díly 24 vinutí kotvy 23. Na Obr. 1 až 6 je koncový díl komutátoru svařitelného typu, mající udičku ve tvaru „U“ 39 čelem od jádra kotvy a okolo níž je udělána smyčka spojovacího dílu 24 vinutí 23 při navíjení jádra kotvy 22, jak je znázorněno na Obr. 1.

Jakmile je rotor navinut, vinutí jsou elektricky připojena ke komutátorům pomocí kování za tepla, během něhož jsou udičky 39 podrobeny teplu a tlaku, aby se sklopily na spojovací díl 24 a odstranila izolace z té části drátu vinutí, jež je v kontaktu s udičkou. Udička 39 je usazena na a podporována během kování přírubou a takto nabývá podobu podobnou té, která je na Obr. 2 a 3.

Komutátor má počet segmentů odpovídajících počtu pólů rotoru, ač je zobrazen kvůli jasnosti pouze jeden. Sestavení rotoru dosud popisované je v příslušné technice dobře známé.

Na Obr. 2 je znázorněno zařízení na potlačování šumu namontované okolo udiček komutátoru. Toto zařízení 40 je jasněji zobrazeno na Obr. 3 a 4.

Zařízení na potlačení šumu 40 zahrnuje prstencovou desku (obrubu) 41 z nevodivého materiálu, podrobující vodivou vrstvu 42, jež může být například měděnou fólií vytvořenou na desce 41. Vodivá vrstva má určitý počet palců 43, jež jsou protaženy v úhlu 90° k desce a jsou přiletovány k vsazovacím kondenzátorům 44. Každý kondenzátor 44 má dvě koncové lícní plochy 45 a 46 a je podporován deskou tím, že jej přiletován ve své koncové lícní ploše 45 k jednomu z palců 43. Druhá koncová lícní plocha 46 kondenzátorů je přiletována k příslušné komutátorové udičce. Ve ztvárnění na Obr. 3 a 4 jsou 3 kondenzátory, jeden pro každý segment komutátoru, odpovídající počtu pólů rotoru. Protože je každý kondenzátor připojen k vodivé vrstvě 42, tato vrstva vytváří prstenec hvězdicového spojení, spojující jednu koncovku 45 z každého z kondenzátorů dohromady a tvořící hvězdicové spojení s vinutími kotvy přes komutátory. Na Obr. 3 má základna komutátoru 31 malý výčnělek 36¹, vytvořený na konci dílu rozporky, jenž je v interakci se zahloubením (neznázoměno) v jádru kotvy ke správné orientaci komutátoru na hřídeli se zřetelem k jádru kotvy k zajištění žádoucího úhlu komutace.

Obr. 5 a 6 zobrazují nepatrnou variaci, v níž je deska 41 a vodivá vrstva 42 zařízení na potlačování šumu nahrazena prstencem pružného drátu 47. Kondenzátory 44 jsou přiletovány

-3CZ 286964 B6 přímo ke drátěnému prstenci na jejich vnější koncové lícní ploše 45 a přiletovány přímo k udičce komutátoru 39 na jejich vnitřní koncové lícní ploše 46. Přiletováním kondenzátorů nejprve ke drátěnému prstenci 47, může být využito resilience prstence k tlaku kondenzátorů do kontaktu s udičkami k napomoci pájení, či se pájení v určitých uspořádáních dokonce vyhnout. V některých aplikacích, kde nejsou kondenzátory přiletovány k udičkám, může být použito malé množství flexibilního adheziva k posílení retence kondenzátorů za rychlých změn rychlosti.

Obrázky 7 až 12 se vztahují ktypu komutátoru mechanického spojení anebo bez letování, jako je ten popsaný ve specifikaci US patentu 4 584 498. V tomto typu komutátoru má základna komutátoru díl podpory segmentu 34 a díl rozpěrky 36 jako dříve. Avšak, příruba 35 je nahrazena korunou (vyklenutím) 50. Koruna má zahloubení 51 pro umístění koncového dílu 38 komutátorových segmentů 32. stejně jako štěrbiny 52 pro přijetí spojujících dílů 24 vinutí 23 pro připojení k segmentům komutátoru 32.

Navíc, koruna má další zahloubení 53, radiálně směrem od koncového zahloubení 51, pro umístění vsazovacích kondenzátorů 44. Vršek zahloubení kondenzátorů 53 má drážku 54 pro přijetí drátěného prstence 47. Kondenzátory 44 jsou umístěny axiálně do kondenzátorových zahloubení 53 a drátěný prstenec pružně uzpůsoben aby tlačil na koncovou lícní plochu kondenzátorů 45. Jak zobrazeno, drátěný prstenec 47 pružně tlačí na radiálně vnější okraj koncové lícní plochy 45, ač by samozřejmě prstenec mohl být ke koncové lícní ploše 45 přiletován stejně jako ve ztvárnění na Obr. 5 a 6, s výjimkou, že se kondenzátory protahují axiálně a pomocí vhodných modifikací provedených do zahloubení kondenzátorů 53 k umístění drátěného prstence 47. Kondenzátory 44 jsou drženy v zahloubeních 53 pomocí komutátorových segmentů za asistence přídržného kroužku, je-li namontován.

Komutátorové segmenty 32, jak je jasněji zobrazeno na Obr. 9, mají kluzný díl 37 podobný dříve popsanému, ale koncový díl 38 je zformován pomocí mechanického spojení anebo izolaci prostupujícím typem spojení koncovky 55. Tato koncovka 55 je umístěna uvnitř jednoho z koncových zahloubení 51 koruny. Koncovka je krabicové podoby, s otevřeným vrškem a se štěrbinou 56 prořízlou v přední lícní ploše a podél dvou bočních ploch. Štěrbina 56 je v lícní ploše koncovky širší, než podél bočních ploch pro umístění kovadliny 57, vytvořené uvnitř zahloubení koncovky 51 pro podporu spojujícího dílu 24 vinutí 23, když je koncovka 55 vložena do koruny 50. Štěrbiny 56 objímají a svírají spojující díl 24, když je koncovka 55 vsunuta a ve stejném momentě prostupují izolací drátu a dostávají se s ním do elektrického kontaktu.

Palec 58 se protahuje radiálně od zadní stěny koncovky 55 pro kontakt s příslušným kondenzátorem 44. Jak znázorňuje Obr. 7, přídržný kroužek 33 zadržuje segmenty na základně komutátoru a ve stejný moment podporuje palce 58. Ozuby 59 vytvořené na koncovkách zabírají se stěnami zahloubení 51, aby bránily stažení jednou namontovaných koncovek s koruny. Segmenty komutátoru 32 jsou přimontovány k základně 31 upevněním segmentů na základně 31 jak je zobrazeno na Obr. 7 a pak posunuty ve směru označeném šipkou „A“ k vsunutí koncovek 55 do zahloubení 51 v koruně 50.

Pro jasnost byl z Obr. 8 vynechán přídržný kroužek 33, takže je vidět, že se palce 58 k provedení kontaktu s koncovými lícními plochami 46 kondenzátorů 44 radiálně protahují.

Obr. 10 znázorňuje polotovar pro zformování segmentu koncovky 32 na Obr. 9. Polotovar 60 je vyříznut z vrstvy vhodného materiálu jako například z berilliové mědi a složen podél lpěti linií ohybu 61 k vytvoření komutátorového segmentu z obr. 9. Kluzný díl 37 je během formování zakřiven tak, že kluzné díly smontovaného komutátoru vytvářejí plochu cylindrického kluzného kontaktu podobnou válci.

Ztvárnění na Obr. 11 a 12 je podobné tomu na Obr. 7 a 8, s výjimkou, že kondenzátory 44 jsou protaženy radiálně. V tomto uspořádání jsou palce 58 přehnuty, aby se protahovaly axiálně ke

-4CZ 286964 B6 vstupu do zahloubení kondenzátoru 53. Zahloubení kondenzátoru mohou být otevřena v předních a radiálně vnějších stranách anebo radiálně vnější strany mohou mít prostě drážku pro umístění drátěného prstence 47. Jako dříve může být drátěný prstenec přiletován k vnější koncové lícní ploše 45 nebo je-li vhodně veden pomocí koruny, může být vypražen aby byl v přímém elektrickém kontaktu zatímco ve stejném momentě pružně tlačí kondenzátor do radiálního kontaktu přes jeho vnitřní koncovou lícní plochu 46 pomocí palce 58 komutátorového segmentu, čímž se vytváří montáž komutátoru s potlačeným šumem zcela bez letování.

Ke ztvárněním, jež byla popsána, je možno provést různé úpravy a je přáním zahrnout všechny tyto modifikace, které spadají do rámce tohoto vynálezu, v definicích přiložených patentových nároků. Například, drátěný prstenec může či nemusí být přiletován ke kondenzátoru a kondenzátor může nebo nemusí být přiletován ke komutátorovým segmentům. Ač v daných ztvárněních byly kondenzátory zobrazeny jako umístěné radiálně nad koncovým dílem komutátorového segmentu, pokud prostor dovolí, kondenzátoiy by mohly být upevněny na anebo nad kluzný díl komutátorového segmentu anebo umístěny uvnitř koncových zahloubení koruny. Ač byl pro jasnost popisu zobrazen rotor se třemi rameny, mohou být použity rotory jiných konfigurací.

Claims (15)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Rotor pro elektrický motor sestávající z hřídele (12), z jádra kotvy (22) s póly upevněnými na hřídeli (21), z vinutí (23) rotoru, které je navinuté okolo pólů jádra kotvy (22), z komutátoru (30), který je připevněn k hřídeli (21), kde na základně (31) komutátoru (30) jsou uloženy komutátorové segmenty (32), kde každý komutátorový segment (32) má kontaktní díl (37) pro kluzný kontakt s kartáčem a koncový díl (38) pro spojení s vinutím (23) rotoru, z prostředku (40) na potlačení šumu, zahrnujícího vsazovací kondenzátory (44) rozmístěné na obvodu okolo komutátoru (30) a radiálně se zřetelem k hřídeli (21), přičemž vsazovací kondenzátory (44) mají první koncovou lícní plochu (45) a druhou koncovou lícní plochu (46), z vodivé součásti (47), která je v elektrickém kontaktu s prvními koncovými lícními plochami (45) vsazovacích kondenzátorů (44), čímž jsou tyto první lícní plochy (45) spojeny dohromady a vytvářejí společné zapojení, vyznačující se tím, že vodivá součást (47) je připojena pražně a radiálně pod tlakem ke drahé koncové lícní ploše (46) vsazovacích kondenzátorů (44) do elektrického kontaktu s příslušnými komutátorovými segmenty (32).
2. 2. Rotor podle nároku 1, vyznačující se tím, že drahé koncové lícní plochy (46) vsazovacích kondenzátorů (44) mají přímý kontakt s koncovými díly (38) komutátorových segmentů (32).
3. 3. Rotor podle nároku 1, vyznačující se tím, že drahé koncové lícní plochy (46) vsazovacích kondenzátorů (44) jsou přímo připojeny ke koncovým dílům (38) komutátorových segmentů (32).
4. 4. Rotor podle nároku 3, vyznačující se tím, že komutátor (30) má na koncových dílech (38) vytvořeny udičky (39) pro vsazení vinutí (23) rotora za tepla, přičemž vsazovací kondenzátory (44) jsou připevněny k těmto udičkám (39) po vsazení vinutí (23) za tepla.
5. 5. Rotor podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že kontakt vsazovacích kondenzátorů (44) s komutátorovými segmenty (32) je zabezpečen pražným adhezivem.

   -5CZ 286964 B6
6. 6. Rotor pro elektrický motor, sestávající z hřídele (21), jádra kotvy (22) s póly připevněnými na hřídeli (21), z vinutí rotoru, které je navinuté okolo pólů jádra kotvy (22), z komutátoru (30), který je připevněn k hřídeli (21), kde na základně (31) komutátoru (30) jsou uloženy komutátorové segmenty (32), kde každý komutátorový segment (32) má kontaktní díl (37) pro kluzný kontakt s kartáčem a koncový díl (38) pro elektrické spojení s vinutím (23) rotoru, z prostředku (40) na potlačení šumu, zahrnujícího vsazovací kondenzátory (44) rozmístěné na obvodu okolo komutátoru (30), přičemž každý kondenzátor (44) má první koncovou lícní plochu (45) a druhou koncovou lícní plochu (46), z vodivé součásti (47), elektricky kontaktující každou z prvních koncových lícních ploch (45) vsazovacích kondenzátorů (44) a vytvářející společné zapojení, vyznačující se tím, že každý koncový díl (38) je opatřen koncovkou (55) mechanického spojení, umístěnou v koruně (50) základny (31) komutátoru (30) a elektricky připojující komutátorové segmenty (32) k vinutí (23) rotoru, přičemž druhé koncové lícní plochy (46) vsazovacích kondenzátorů (44) jsou v přímém kontaktu s příslušnými komutátorovými segmenty (32).
7. 7. Rotor podle nároku 6, vyznačující se tím, že druhé koncové lícní plochy (46) vsazovacích kondenzátorů (44) jsou v přímém kontaktu s palci (58), které jsou vytvořené na koncových dílech (38) komutátorových segmentů (32).
8. 8. Rotor podle nároku 7, vyznačující se tím, že vsazovací kondenzátory (44) jsou orientovány radiálně se zřetelem k hřídeli (21) a v němž druhé lícní plochy (46) vsazovacích kondenzátorů (44) spočívají přímo na palcích (58) za pružného tlaku vodivé součásti (47).
9. 9. Rotor podle nároků 6 až 8, vyznačující se tím, že druhé koncové lícní plochy (46) vsazovacích kondenzátorů (44) jsou připojeny ke koncovým dílům (38) komutátorových segmentů (32).
10. 10. Rotor podle kteréhokoliv z nároků 6 až 9, vyznačující se tím, že koruna (50) má vytvořena zahloubení (53), v nichž jsou zachyceny vsazovací kondenzátory (44).
11. 11. Rotor podle nároku 10, vyznačující se tím, že zahloubení (53) jsou protažena radiálně směrem ven od koncových dílů (38).
12. 12. Rotor podle nároku 7, vyznačující se tím, že vsazovací kondenzátory (44) jsou orientovány osově se zřetelem k hřídeli (21) a jsou drženy palci (58) v zahloubeních (53) vytvořených v koruně (50).
13. 13. Rotor podle nároků 10, 11 nebo 12, vyznačující se tím, že fixace vsazovacích kondenzátorů (44) v zahloubeních (53) je uskutečněno prostřednictvím flexibilního adheziva.
14. 14. Rotor podle jakéhokoliv z předchozích nároků 1 až 13, vyznačující se tím, že první koncové lícní plochy (45) vsazovacích kondenzátorů (44) jsou připojeny k vodivé součásti (47) .
15. 15. Rotor podle jakéhokoliv z předchozích nároků 1 až 14, vy zn a č u j í c í se t í m , že vodivá součást (47) tvoří alespoň část pružného prstence.