DE10159595A1 - Elektrische Rotationsmaschine mit einer Stapelbürste - Google Patents

Abstract

Eine elektrische Rotationsmaschine enthält eine gestapelte Bürste (2), wobei Bürstenschichten (2A, 2B) mit einem niedrigen Widerstand und mit einem hohen Widerstand an der Frontendseite und der rückwärtigen Endseite in Drehrichtung eines Kommutators (1) jeweils angeordnet sind. Wenn ein Isolationsspalt zwischen benachbarten Segmenten (3) des Kommutators mit "a" bezeichnet wird und die Breite der Bürstenschicht mit dem hohen Widerstand mit "b" bezeichnet wird, so werden "a" und "b" so festgelegt, daß die Beziehung a < b und b/a < 4 befriedigt wird, um eine Funkenbildung zu reduzieren und um die Kommutierungseigenschaft zu verbessern. Um die Funkenerzeugung an dem Frontende der Bürste zu reduzieren, speziell dann, wenn die Umfangsbreite des Segments mit "c" bezeichnet wird und die Breite der Bürstenschicht mit dem niedrigen Widerstand mit "d" bezeichnet wird, so werden "a" bis "d" so festgelegt, daß die Beziehungen b + d > 2Xa + c, d > b, a < b und d > a + c befriedigt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Rotationsmaschine, die eine Stapelbürste enthält, die dadurch gebildet ist, indem eine Vielzahl an Bürstenschichten übereinander geschichtet sind, von denen jede einen unterschiedlichen spezifischen Wi­ derstand besitzt.

Das US-Patent Nr. 5,712,22 (JP-A-9-49478) offenbart einen Anlasser, bei dem eine Stapelbürste (Zweischichtenbürste) dafür ausgebildet ist, um die Kommutierungs­ eigenschaft zu verbessern. Wie in den Fig. 9A bis 9C gezeigt ist, ist die Stapelbürste dadurch gebildet, indem zwei Arten von Bürstenschichten (eine Niedrigwiderstandsbür­ stenschicht 100 und eine hohe Widerstandsbürstenschicht 110) übereinander geschichtet sind, von denen jede einen unterschiedlichen spezifischen Widerstand besitzt. Die Bür­ stenschicht 100 mit dem niedrigen Widerstand ist an der Frontendseite in der Drehrich­ tung eines Kommutators angeordnet, und die Bürstenschicht 110 mit dem hohen Wider­ stand ist an der rückwärtigen Endseite in Drehrichtung desselben angeordnet.

Jedoch kann die Kommutierungseigenschaft nicht in ausreichender Weise gleich­ zeitig verbessert werden. Wenn beispielsweise die Weite oder Breite "a" des Unter­ schneidungsabschnitts 130 zwischen den Nachbarsegmenten 120 des Kommutators grö­ ßer ist als die Breite oder Weite "b" der Bürstenschicht 110 mit dem hohen Widerstand (a < b), gelangt das rückwärtige Ende der Bürstenschicht 110 mit dem hohen Wider­ stand von dem vorhandenen Segment 120 weg, bevor das Frontende (Befestigungsflä­ che zwischen der Bürstenschicht 100 mit dem niedrigen Widerstand und der Bürsten­ schicht 110 mit dem hohen Widerstand) der Bürstenschicht 110 mit dem hohen Wider­ stand in Kontakt mit dem nächsten Segment 120 gelangt. Das heißt, wenn das rückwär­ tige Ende der Bürstenschicht 110 mit dem hohen Widerstand von dem vorhandenen Segment 120 abgeht, gelangt das Frontende der Bürstenschicht 110 mit dem hohen Wi­ derstand nicht in Kontakt mit dem nächsten Segment 120, wodurch dann die Wirkung der Stapelbürste verringert wird.

Bei einem kürzlich entwickelten Anlasser besteht eine Neigung dahingehend, daß das Drehzahluntersetzungsverhältnis erhöht wird, und zwar um die Größe des Anlassers zu reduzieren. Da die Zahl von Malen der Kommutierungen dadurch erhöht wird, indem die Umdrehungsgeschwindigkeit eines Ankers erhöht wird, muß die Kommutierungs­ eigenschaft verbessert werden. Wenn der Ankerstrom groß ist, wird der Abkürzungs­ strom, der in die Bürste fließt, hoch, wenn sich die Bürste zum nächsten Segment be­ wegt. Wenn als ein Ergebnis das rückwärtige Ende der Bürste (das rückwärtige Ende der Bürstenschicht mit dem hohen Widerstand) von dem Segment abgeht oder wegge­ langt, wird ein starker Funken erzeugt, wodurch die Motorausgangsleistung und die Bürstenlebensdauer reduziert werden.

Speziell schwankt die Drehzahl des Kommutators des Anlassers ausgeprägt und es wird veranlaßt, daß ein Strom in den Kommutator bei einem genormten Wert in einer kurzen Zeit fließt. Daher neigt ein Unterschneidungsabschnitt dazu, verstopft zu wer­ den, und zwar auf Grund des Verschleißpulvers der Bürste, so daß die Unterschnittweite oder -breite vergleichsweise groß eingestellt wird. Demzufolge neigt der zuvor erläu­ terte Nachteil dazu, häufiger aufzutreten.

Wenn die Weite oder Breite der Bürstenschicht 110 gemäß dem hohen Wider­ standswert zu stark vergrößert wird, wird der Gesamtwiderstand der Bürste vergrößert, wodurch die Ausgangsleistung des Motors reduziert wird.

Ferner gelangt bei einigen kürzlich entwickelten Anlassern die Bürste in Kontakt mit drei Segmenten, und zwar als ein Maximum zur gleichen Zeit unter Einbeziehung oder Berücksichtigung eines Abgleichs zwischen der Ausgangsleistung und der Bür­ stenlebensdauer. Wenn die aus zwei Schichten gebildete Bürste in dieser Konstruktion verwendet wird, wird die gesamte Breite der Bürste größer als die aufsummierte Breite aus dem Segment 120 und den zwei Unterschneidungsabschnitten (Isolationsabschnitte) 130, wie in den Fig. 10A bis 10C gezeigt ist. Wenn in diesem Fall die Breite oder Weite der Bürstenschicht 100 mit dem niedrigen Widerstandswert größer eingestellt wird als die aufsummierte Weite von einem Segment 120 und einem Unterschneidungsabschnitt 130, ergibt sich das folgende Problem.

Es sei angenommen, daß drei Segmente 120 aufeinanderfolgend in der Umfangs­ richtung angeordnet sind, wie beispielsweise ein erstes Segment 120A, ein zweites Segment 120B und ein drittes Segment 120C von der Frontseite aus bis zur rückwärti­ gen Seite, und zwar in Drehung der Segmente.

Wenn die Bürstenschicht 110 mit dem hohen Widerstand nicht in Kontakt mit dem zweiten Segment 120B gelangt, bevor das Frontende der Bürstenschicht 120 mit dem niedrigen Widerstand in Kontakt mit dem dritten Segment 110C gelangt, wird die folgende Schwierigkeit verursacht. Das heißt, wenn das Frontende der Bürstenschicht 100 mit dem niedrigen Widerstand in Kontakt mit dem dritten Segment 120C (Fig. 10C) gelangt, fließt ein großer Überbrückungsstrom zwischen den front- und rückseiti­ gen Segmenten (dem zweiten Segment 120B und dem dritten Segment 120C), und zwar über die Bürstenschicht 100 mit dem niedrigen Widerstand. Da in diesem Fall der Überbrückungsstrom nicht niedriger gemacht werden kann, und zwar auch nicht mit Hilfe der aus zwei Schichten gebildeten Bürste, wird ein Funken am Frontende der Bür­ stenschicht 100 mit dem niedrigen Widerstand erzeugt, wodurch die Lebensdauer der Bürste reduziert wird.

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben erläuterten Probleme entwickelt und es ist Aufgabe der Erfindung, eine hochqualitative elektrische Rotati­ onsmaschine zu schaffen, bei der die Wirkung einer Stapelbürste realisiert werden kann und bei der weniger Funken erzeugt werden, indem die Kommutierungseigenschaft ver­ bessert wird.

Bei der vorliegenden Erfindung enthält eine elektrische Rotationsmaschine eine Stapelbürste, bei der eine Bürstenschicht mit niedrigem Widerstand an der Frontendseite in der Drehrichtung eines Kommutators angeordnet ist und eine Bürstenschicht mit ho­ hem Widerstand an der rückwärtigen Endseite in der Drehrichtung angeordnet ist. Bei der elektrischen Rotationsmaschine wird eine Weite "a" eines Isolationsspaltes, der zwi­ schen benachbarten Segmenten des Kommutators vorgesehen ist, und wird eine Weite "b" der Bürstenschicht mit dem hohen Widerstand so bestimmt, daß die Bedingungen a < b befriedigt wird. Wenn daher die Bürstenschicht mit dem hohen Widerstandswert sich zu einem nächsten Segment bewegt, gelangt die Bürstenschicht mit dem hohen Widerstandswert in Kontakt mit den Segmenten an den front- und rückwärtigen Seiten des Isolationsspaltes, und zwar zur gleichen Zeit.

Demzufolge wird die Kommutierungseigenschaft dadurch verbessert, indem eine Wirkung der Stapelbürste realisiert wird und es kann die Ausgangsleistungseigenschaft verbessert werden. Ferner ist die Zahl der erzeugten Funken reduziert, und zwar mit Hilfe der Bürstenschicht mit dem hohen Widerstand, und es wird die Bürstenlebensdau­ er erhöht.

In bevorzugter Weise wird die Breite ferner so festgelegt, daß die Bedingung b/a < 4 erfüllt wird. Daher ist der gesamte Widerstandswert der Bürste darin eingeschränkt, erhöht zu werden, wodurch verhindert wird, daß die Motorausgangsleistung erhöht wird, wodurch auch verhindert wird, daß die Motorausgangsleistung abfällt.

In bevorzugter Weise werden bei der elektrischen Rotationsmaschine eine Weite "c" des Segments in einer Umfangsrichtung und eine Weite "d" der Bürstenschicht mit dem niedrigen Widerstand in der Stapelrichtung so festgelegt, daß die Beziehung d < a + c befriedigt wird. Wenn daher die Bürstenschicht mit dem niedrigen Widerstand in Kontakt mit dem momentanen Segment gelangt und auch mit dem nächsten Segment zur gleichen Zeit in Kontakt gelangt, gelangt die Bürstenschicht mit dem hohen Wider­ stand in Kontakt mit dem momentanen Segment, und zwar zusammen mit der Bürsten­ schicht mit dem niedrigen Widerstandswert. Dadurch wird der Überbrückungsstrom zwischen den Segmenten (das momentane Segment und das nächstfolgende Segment) über die Stapelbürste reduziert. Somit kann die Zahl der erzeugten Funken am Fronten­ de der Bürstenschicht mit dem niedrigen Widerstand reduziert werden und es kann auch die Lebensdauer der Stapelbürste darin eingeschränkt werden, abzunehmen.

Es kann somit die Kommutierungseigenschaft mit Hilfe der Stapelbürste verbes­ sert werden und es kann die Ausgangsleistungseigenschaft ebenfalls verbessert werden.

Zusätzliche Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich klarer aus der folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen in Ver­ bindung mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Teilansicht, welche die Positionsbeziehung zwi­ schen einer Bürste und den Segmenten gemäß einer ersten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;

Fig. 2A bis 2C schematische Ansichten, von denen jede die Positionsbeziehung zwi­ schen der Bürste und den Segmenten gemäß der ersten Ausführungs­ form veranschaulicht;

Fig. 3 eine graphische Darstellung, welche die Performance der ersten Aus­ führungsform wiedergibt;

Fig. 4A und 4B Schnittansichten, von denen jede eine elektrische Rotationsmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 5 eine schematische Teilansicht, welche die Positionsbeziehung zwi­ schen einer Bürste und den Segmenten gemäß einer dritten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung wiedergibt;

Fig. 6A bis 6C schematische Ansichten, von denen jede die Positionsbeziehung zwi­ schen der Bürste und den Segmenten gemäß der dritten Ausfüh­ rungsform veranschaulicht;

Fig. 7 eine Frontansicht, die einen Kommutator vom Flächentyp und die Bürste in der axialen Richtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;

Fig. 8A und 8B Frontansichten, von denen jede einen Kommutator vom Oberflä­ chentyp und die Bürste in der axialen Richtung bei einer Abwand­ lung der vierten Ausführungsform darstellt;

Fig. 9A bis 9C schematische Ansichten, von denen jede die Positionsbeziehung zwi­ schen Segmenten und einer Bürste beim Stand der Technik veran­ schaulicht; und

Fig. 10A bis 10C schematische Ansichten, von denen jede die Positionsbeziehung zwi­ schen den Segmenten und einer Bürste gemäß einem anderen Stand der Technik veranschaulicht.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Hinweis auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben, bei denen eine elektrische Rotationsmaschine als Startermotor für eine Maschine verwendet wird.

Erste Ausführungsform

In Fig. 1 ist eine Bürste 2 an einem Kommutator 1 angeordnet, der in einem Anker vorgesehen ist. Ein Motorstrom wird dem Anker über den Kommutator 1 und die Bürste 2 zugeführt.

Der Kommutator 1 enthält eine Vielzahl von leitenden Segmenten 3, die in einer zylinderförmigen Gestalt angeordnet sind, wobei ein gegebener Spalt als ein Unter­ schneidungsabschnitt 4 zwischen benachbarten Segmenten 3 zum Zwecke einer Isolati­ on verblieben ist. Jedes Segment 3 ist mit einer Ankerwicklung (nicht gezeigt) verbun­ den, die um den Anker gewickelt ist.

Die Bürste 2 ist dadurch gebildet, indem eine Bürstenschicht 2A mit niedrigem Widerstand bzw. Widerstandswert mit einer Bürstenschicht 2B mit hohem Wider­ standswert bzw. hohem Widerstand schichtförmig angeordnet wird, von denen jede ei­ nen unterschiedlichen spezifischen Widerstand besitzt. Die Bürstenschicht 2A mit dem niedrigen Widerstand ist an der Frontendseite in der Drehrichtung (Pfeilrichtung) des Kommutators 1 angeordnet. Die Bürstenschicht 2B mit dem hohen Widerstand ist an der rückwärtigen Endseite in der Drehrichtung angeordnet.

Der Isolationsspalt (Unterschneidungsabschnitt 4), der zwischen den benachbarten Segmenten 3 des Kommutators 1 vorgesehen ist, besitzt eine Weite "a", und die Bür­ stenschicht 2B mit dem hohen Widerstand besitzt eine Weite "b". Die Weiten "a" und "b" sind wie folgt definiert.

a < b (1)

b/a < 4 (2)

Als nächstes wird die Betriebsweise und eine Wirkung bei der ersten Ausfüh­ rungsform unter Hinweis auf die Fig. 2A bis 2C beschrieben.

Wenn die Bürste 2 über den Kommutator 1 gleitet, während sich der Anker dreht, ändert sich die Positionsbeziehung zwischen jedem Segment 3 und der Bürste 2 allmäh­ lich von dem Zustand, der in Fig. 2A gezeigt ist, zu dem Zustand, der in Fig. 2C gezeigt ist.

Wenn die Bürstenschicht 2B mit dem hohen Widerstand sich zu dem nächsten Segment 3 bewegt, das heißt, wenn die Positionsbeziehung sich von dem Zustand von Fig. 2A zum Zustand der Fig. 2C ändert, gelangt die Bürstenschicht 2B mit dem hohen Widerstand in Kontakt mit dem Segment 3 an den front- und rückwärtigen Seiten des Unterschneidungsabschnitts 4, und zwar zum gleichen Zeitpunkt auf Grund der Bezie­ hung (1), wie dies in Fig. 2B gezeigt ist.

Bevor in diesem Fall das rückwärtige Ende der Bürstenschicht 2B mit dem hohen Widerstand von dem momentan vorhandenen Segment 3 abgeht, gelangt das Frontende der Bürstenschicht 2B mit dem hohen Widerstand in Kontakt mit dem nächsten Seg­ ment 3. Daher wird die Kommutierungseigenschaft durch die gestapelte Bürste 2 ver­ bessert, welche die Bürstenschicht 2B mit dem hohen Widerstand enthält. Als ein Er­ gebnis kann die Ausgangsleistungseigenschaft verbessert werden und es kann die Le­ bensdauer der Bürste 2 erhöht werden. Da der Überbrückungsstrom durch die Bürsten­ schicht 2B mit dem hohen Widerstand fließt, wird der Überbrückungsstrom abgesenkt und die Zahl der erzeugten Funken kann reduziert werden.

Wenn hierbei die Weite der Bürstenschicht 2B mit dem hohen Widerstand zu stark vergrößert wird, wird der gesamte Widerstandswert der Bürste 2 erhöht, wodurch die Motorausgangsleistung reduziert wird. Um dies spezifischer zu sagen, wenn die Weite "b" der Bürstenschicht 2B mit dem hohen Widerstand zunimmt, wird der gesamte Widerstandswert der Stapelbürste 2 erhöht. Es wird daher der Strom, der in die Anker­ wicklung über die Stapelbürste 2 fließt und auch zu den Segmenten 3 fließt, abgesenkt, so daß die Ausgangsleistung reduziert wird. Das heißt, wenn die Weite "b" der Bürsten­ schicht 2B mit dem hohen Widerstand im Vergleich zu dem Isolationsspalt "a" zwi­ schen den benachbarten Segmenten 3 erhöht wird, wird die Zahl der erzeugten Funken reduziert, so daß die Wirkung der Stapelbürste 2 in den Vordergrund tritt und die Aus­ gangsleistung erhöht wird. Zur gleichen Zeit wird jedoch die Ausgangsgröße oder Aus­ gangsleistung auf Grund der Gesamtwiderstandszunahme der Stapelbürste 2 reduziert. Als ein Ergebnis wird, wie in Fig. 3 gezeigt ist, obwohl die Ausgangsleistung (ausgezo­ gene Linie) zuerst erhöht wird, diese allmählich danach reduziert, und zwar mit der Zu­ nahme von b/a. Es muß daher b/a kleiner gemacht werden als ein vorbestimmter Wert und der vorbestimmte Wert wird in bevorzugter Weise auf Vier eingestellt. Somit wird die oben angegebene Beziehung (2) erhalten.

Wenn demzufolge die oben angegebenen Beziehungen (1), (2) befriedigt werden, kann die Kommutierungseigenschaft durch die Stapelbürste 2 verbessert werden und eine Reduzierung der Ausgangsleistung auf Grund einer Widerstandszunahme der Bür­ ste 2 kann reduziert werden.

Zweite Ausführungsform

Bei einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform, wie sie in Fig. 4A gezeigt ist, ist eine Ankerwicklung durch Befestigen einer Vielzahl von Innenschichtwicklungssegmenten 5 und einer Vielzahl von Außenschichtwick­ lungssegmenten 6, die U-gestaltet sind, an einem Kern 7 durch Hartverlöten beider Wicklungssegmente 6, 7 in der Reihenfolge gebildet. Ferner wird ein Oberflächen­ typkommutator durch die Wicklungsendabschnitte 6a konstruiert, von denen jeder als jedes Segment 3 an den Enden von jedem Außenschichtwicklungssegment 6 vorgesehen ist. Der Kommutator vom Oberflächentyp ist so ausgebildet, daß jedes Segment 3 (Wicklungsendabschnitt 6a des Außenschichtwicklungssegments 6) senkrecht zu einer Drehwelle 9 eines Ankers 8 verläuft. Die Bürste 2 gelangt in Kontakt mit jedem Seg­ ment 3, und zwar in der axialen Richtung. Wie in Fig. 4B dargestellt ist, ist die Bürsten­ schicht 2A mit dem niedrigen Widerstand an der Frontseite in der Drehrichtung des An­ kers 8 angeordnet, und die Bürstenschicht 2B mit dem hohen Widerstand ist an der rückwärtigen Seite in der Drehrichtung angeordnet.

Auch bei dieser elektrischen Rotationsmaschine werden, wie bei der ersten Aus­ führungsform, die folgenden Beziehungen zwischen dem Isolationsspalt "a" und der Stapelrichtungsweite "b" befriedigt.

a < b (1)

b/a < 4 (2)

Es kann demzufolge die Kommutierungseigenschaft mit Hilfe der Stapelbürste 2 verbessert werden und eine Reduzierung der Ausgangsleistung auf Grund der Wider­ standszunahme der Bürste 2 kann reduziert werden.

Dritte Ausführungsform

Bei einer dritten Ausführungsform, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, besitzt das Seg­ ment 3 eine Umfangsweite "c" und der Isolationsabschnitt (Unterschneidungsabschnitt 4) besitzt eine Weite "a" wie bei der ersten Ausführungsform. Die Bürstenschicht 2B mit dem hohen Widerstand besitzt in der Stapelrichtung eine Breite "b" wie bei der er­ sten Ausführungsform, und die Bürstenschicht 2A mit dem niedrigen Widerstand besitzt eine Weite "d" in der Stapelrichtung. Die folgenden Beziehungen werden unter diesen Abmessungen befriedigt:

b + d < 2Xa + c (3)

d < b (4)

a < b (5)

d < a + c (6)

Das heißt, die Bürste 2 besitzt eine Größe, so daß sie in Kontakt mit drei Seg­ menten gelangt, die sequentiell in der Umfangsrichtung angeordnet sind, und zwar als Maximum zur gleichen Zeit. Die Stapelrichtungsweite der Bürstenschicht 2A mit dem niedrigen Widerstand ist größer eingestellt als die Stapelrichtungsweite der Bürsten­ schicht 2B mit dem hohen Widerstand. Die Bürstenschicht 2B mit dem hohen Wider­ stand besitzt eine Breite oder Weite, so daß sie in Kontakt mit den Segmenten 3 sowohl an der Frontseite als auch der rückwärtigen Seite des Unterschneidungsabschnitts 4 gleichzeitig gelangt.

Als nächstes wird die Betriebsweise und eine Wirkung bei der dritten Ausfüh­ rungsform unter Hinweis auf die Fig. 6A bis 6C beschrieben. Die drei Segmente 3, die sequentiell in der Umfangsrichtung angeordnet sind, sind durch das erste Segment 3A, das zweite Segment 3B und das dritte Segment 3C in dieser Reihenfolge angezeigt, und zwar von der Frontseite aus zur rückwärtigen Seite hin, in Drehrichtung.

Wenn die Bürste 2 über den Kommutator 1 gleitet, während der Kommutator 1 gedreht wird, ändert sich die Positionsbeziehung zwischen jedem Segment 3 und der Bürste 2 allmählich, wie dies in den Fig. 6A bis 6C gezeigt ist.

Da die oben angegebenen Beziehungen (5) und (6) befriedigt werden, wie in Fig. 6B gezeigt ist, gelangt die Frontseite der Bürstenschicht 2B mit dem hohen Widerstand in Kontakt mit dem zweiten Segment 3B, bevor die Frontseite der Bürstenschicht 2A mit dem niedrigen Widerstand in Kontakt mit dem dritten Segment 3C gelangt. Zu die­ sem Zeitpunkt gelangt ferner das rückwärtige Ende der Bürstenschicht 2B mit dem ho­ hen Widerstand ebenfalls in Kontakt mit dem ersten Segment 3A. Wenn demzufolge, wie in Fig. 6C gezeigt ist, die Bürstenschicht 2A mit dem niedrigen Widerstand in Kontakt mit dem zweiten Segment 3B und dem dritten Segment 3C zur gleichen Zeit gelangt, gelangt die Bürstenschicht 2B mit dem hohen Widerstand in Kontakt mit dem zweiten Segment 3B, und zwar zusammen mit der Bürstenschicht 2A mit dem niedrigen Widerstandswert. Dadurch wird der Überbrückungsstrom zwischen den Segmenten (dem zweiten Segment 3B und dem dritten Segment 3C) über die Bürste 2 reduziert. Es kann somit die Zahl der erzeugten Funken am Frontende der Bürste 2 (Frontende der Bürstenschicht 2A mit dem niedrigen Widerstandswert) reduziert werden und es wird die Lebensdauer der Bürste 2 daran gehindert oder darin eingeschränkt, reduziert zu werden.

Da die oben angegebene Beziehung (5) befriedigt wird, wenn die Bürstenschicht 2B mit dem hohen Widerstand sich zu dem nächsten Segment 3 bewegt, das heißt, wenn sich der Zustand, der in Fig. 6A gezeigt ist, in den Zustand ändert, der in Fig. 6B gezeigt ist, kann die Bürstenschicht 2B mit dem hohen Widerstand in Kontakt mit den Seg­ menten 3 (erstes Segment 3A und zweites Segment 3B an den Front- und Rückseiten des Unterschneidungsabschnitts 4 zur gleichen Zeit gelangen. In diesem Fall gelangt das Frontende der Bürstenschicht 2B mit dem hohen Widerstand in Kontakt mit dem zwei­ ten Segment 3B, bevor das rückwärtige Ende der Bürstenschicht 2B mit dem hohen Widerstand von dem ersten Segment 3A abgeht. Daher kann die Kommutierungseigen­ schaft durch die Zweischicht-Bürste 2 verbessert werden und die Ausgangsleistungsei­ genschaft kann ebenfalls verbessert werden.

Ferner wird die oben angegebene Beziehung (3) unter Einbeziehung des Ab­ gleichs zwischen der Motorausgangsleistung und der Bürstenlebensdauer eingestellt und es wird die Beziehung (4) unter Einbeziehung der Reduzierung der Motorausgangslei­ stung entsprechend einer gesamten Widerstandserhöhung der Stapelbürste 2 eingestellt.

Vierte Ausführungsform

Wie bei der zweiten Ausführungsform enthält eine elektrische Rotationsmaschine bei einer vierten Ausführungsform einen Kommutator vom Flächentyp, bei dem die Wicklungsendabschnitte 6a der Außenschichtwicklungssegmente 3 als die Segmente 3 dienen, die in Fig. 7 gezeigt sind. Wenn bei der elektrischen Rotationsmaschine die Bürstenschicht 2B mit dem hohen Widerstand der Bürste 2 sich zu dem nächsten Seg­ ment 3 bewegt, gelangt wenigstens ein Abschnitt der Bürstenschicht 2B mit dem hohen Widerstand in Kontakt mit den Segmenten 3, und zwar an der Frontseite und der Rück­ seite des Unterschneidungsabschnitts 4, was zur gleichen Zeit geschieht.

Das heißt, der Wicklungsendabschnitt 6a (Segment 3) des Außenschichtwick­ lungssegmentes 6 ist von dem äußeren radialen Ende zum inneren radialen Ende in der Umfangsrichtung geneigt und ist allmählich gekrümmt, und zwar in der Umfangsrich­ tung des Ankers 8. In diesem Fall ist auch der Umfangsabschnitt 4 ebenfalls von der äußeren radialen Seite zur inneren radialen Seite in der Umfangsrichtung geneigt. Wenn die Bürstenschicht 2B mit dem hohen Widerstand sich zu dem nächsten Segment 3 be­ wegt, während sich der Anker 8 dreht, wird aus diesem Grund die Weite oder Breite der Bürstenschicht 2B mit dem hohen Widerstand beträchtlich vergrößert sein müssen, da­ mit die Bürstenschicht 2B mit dem hohen Widerstand in Kontakt mit den Segmenten 3 an der Frontseite und der Rückseite des Unterschneidungsabschnitts 4 zur gleichen Zeit von dem inneren radialen Ende zu dem äußeren radialen Ende gelangen kann.

Jedoch muß die Bürstenschicht 2B mit dem hohen Widerstand nicht notwendi­ gerweise in Kontakt mit den Segmenten 3 an der Frontseite und der Rückseite des Un­ terschneidungsabschnitts 4 zur gleichen Zeit gelangen, und zwar von dem inneren ra­ dialen Ende zu dem äußeren radialen Ende hin, um die Wirkung der gestapelten Bürste 2 zu erzielen. Bei dem in Fig. 7 gezeigten Fall gelangt die Bürstenschicht 2B mit dem hohen Widerstand beispielsweise in Kontakt mit dem Frontseitensegment 3 an der äuße­ ren radialen Seite, und gelangt in Kontakt mit dem nächsten Segment 3 an der inneren radialen Seite.

Bei der vierten Ausführungsform kann demzufolge selbst dann, wenn die Bezie­ hungen (1), (2) wie bei der ersten und bei der zweiten Ausführungsform eingestellt sind, nicht befriedigt werden, die Kommutierungseigenschaft durch die gestapelte Bürste 2 verbessert werden.

Als eine Abwandlung der vierten Ausführungsform ist die Bürste 2, die in Fig. 7 gezeigt ist, an der Frontendfläche und der rückwärtigen Endfläche in der Umfangsrich­ tung geneigt, so daß die Gestalt der Bürste 2 der Gestalt des Segments 3 entspricht. Bei­ spielsweise kann die Bürste, wie dies in Fig. 8A gezeigt ist, eine trapezförmige Gestalt haben, bei der die Umfangsweite der Bürste 2 allmählich von der äußeren radialen Seite zur inneren radialen Seite hin abnimmt.

Wie in Fig. 8B gezeigt ist, kann das Segment 3 eine Gestalt haben, bei der die Umfangsweite des Segments 3 radial allmählich zunimmt, und zwar vom Rotationszen­ trum aus bis zur Außenseite hin. Die Bürste 2 besitzt entsprechend diesem Segment 3 eine Gestalt, bei der beide Seitenflächen der Bürste 2 nach außen hin in der Umfangs­ richtung gekrümmt sind.

Bei einem Gleichstrommotor (Startermotor), der in einem Anlasser verwendet wird, wird ferner die Breite des Unterschneidungsabschnitts vergleichsweise weiter oder breiter eingestellt, um ein Verstopfen des Unterschneidungsabschnittes auf Grund des Verschleißpulvers einzuschränken. Wenn in diesem Fall die elektrische Rotationsma­ schine gemäß den oben erläuterten Ausführungsformen als ein Startermotor verwendet wird, kann die Wirkung der gestapelten Bürste hervortreten und es kann verhindert wer­ den, daß ein Ausgangsleistungswert des Startermotors vermindert wird.

Während die vorliegende Erfindung unter Hinweise auf die vorangegangenen be­ vorzugten Ausführungsformen dargestellt und beschrieben ist, ist für Fachleute offen­ sichtlich, daß Änderungen in der Form und in Einzelheiten vorgenommen werden kön­ nen, ohne jedoch dadurch den Rahmen der Erfindung, wie er durch die anhängenden Ansprüche festgehalten ist, zu verlassen.

Claims (6)

1. Elektrische Rotationsmaschine mit:
einem Anker (8), der einen Kommutator (1) enthält, der aus einer Vielzahl von Leitersegmenten (3) zusammengesetzt ist; und
einer gestapelten Bürste (2), die durch Schichtanordnung einer Bürstenschicht (2A) mit niedrigem Widerstand und einer Bürstenschicht (2B) mit hohem Wi­ derstand gebildet ist, wobei jede Schicht einen unterschiedlichen spezifischen Widerstandswert hat, wobei die Bürstenschicht mit dem niedrigen Widerstand an einer Frontendseite in einer Drehrichtung des Kommutators angeordnet ist, die Bürstenschicht mit dem hohen Widerstand an einer rückwärtigen Endseite in der Drehrichtung angeordnet ist, und wobei die Bürste über den Kommutator gleitet,
bei der der Kommutator einen Isolationsspalt (4) besitzt, der zwischen benach­ barten Segmenten (3) des Kommutators vorgesehen ist, und
bei der eine Weite "a" des Isolationsspaltes und eine Weite "b" der Bürsten­ schicht mit dem hohen Widerstand in der Stapelrichtung derart festgelegt sind, daß die Beziehung a < b befriedigt wird, so daß dann, wenn die Bürstenschicht mit dem hohen Widerstand sich zu einem nächsten Segment bewegt, die Bür­ stenschicht mit dem hohen Widerstand in Kontakt mit den Segmenten an der Frontseite und der rückwärtigen Seite des Isolationsspaltes zur gleichen Zeit ge­ langt.

2. Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 1, bei der die Weiten ferner so festgelegt sind, daß die Beziehung b/a < 4 befriedigt wird.

3. Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 1, bei der:
eine Vielzahl an Segmenten (3) voneinander isoliert sind und als ein erstes Seg­ ment (3A), ein zweites Segment (3B) und ein drittes Segment (3C) in einer Auf­ einanderfolge von einer Frontseite zu einer rückwärtigen Seite in der Drehrich­ tung angeordnet sind;
die gestapelte Bürste (2) eine Größe besitzt, so daß sie in Kontakt mit dem ersten Segment bis zum dritten Segment als Maximum zur gleichen Zeit gelangt; und
ein Frontende der Bürstenschicht mit dem hohen Widerstand in Kontakt mit dem zweiten Segment gelangt und ein rückwärtiges Ende der Bürstenschicht mit dem hohen Widerstand in Kontakt mit dem ersten Segment gelangt, bevor ein Fron­ tende der Bürstenschicht mit dem niedrigen Widerstand in Kontakt mit dem dritten Segment gelangt.

4. Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 1, bei der eine Breite "c" des Segments in einer Umfangsrichtung und eine Breite "d" der Bürstenschicht mit dem niedrigen Widerstand in der Stapelrichtung so festgelegt sind, daß die fol­ genden Beziehungen befriedigt werden: b + d < 2Xa + c, d < b und d < a + c.

5. Elektrische Rotationsmaschine nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, bei der:
der Kommutator (1) in dem Anker an einer axialen Endfläche senkrecht zu einer Drehwelle (9) des Ankers vorgesehen ist; und
das Segment (3) von einem äußeren radialen Ende aus zu einem inneren radialen Ende hin in einer Umfangsrichtung geneigt ist.

6. Elektrische Rotationsmaschine nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Kommutator (1) und die Bürste (2) in einem Gleichstrommotor zum Starten einer Maschine vorgesehen sind.