DE10159595A1 - Elektrische Rotationsmaschine mit einer Stapelbürste - Google Patents
Elektrische Rotationsmaschine mit einer StapelbürsteInfo
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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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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