DE102007010892A1

DE102007010892A1 - Automaschinenstarter mit Vorsprüngen an einer Kommutatoroberfläche

Info

Publication number: DE102007010892A1
Application number: DE200710010892
Authority: DE
Inventors: Takashi Kariya Hirabayashi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-03-08
Filing date: 2007-03-06
Publication date: 2007-09-20
Also published as: JP2007244089A; FR2898440A1

Abstract

Gemäß der Erfindung ist ein Automaschinenstarter, der ein Joch, Permanentmagneten, einen Anker (1), einen Kommutator (8) und Bürsten (2) aufweist, vorgesehen. Die Permanentmagneten sind an einer inneren Peripherie des Jochs angeordnet. Der Anker (1), der innerhalb der Permanentmagneten angeordnet ist, hat eine Ankerwelle (5) und arbeitet, um ein Drehmoment zum Starten einer Maschine eines Fahrzeugs zu erzeugen. Der Kommutator (8) ist an der Ankerwelle (5) befestigt und hat eine äußere Oberfläche, die sich in einer Drehrichtung des Ankers (1) erstreckt. Die Bürsten (2) sind konfiguriert, um an die äußere Oberfläche des Kommutators (8) gedrückt zu sein, um während einer Drehung des Ankers (1) einen Gleitkontakt mit dem Kommutator (8) einzurichten. Bei dem Starter ist ferner mindestens ein Vorsprung (10) an der äußeren Oberfläche des Kommutators (8) gebildet, um ständig in Eingriff mit den Bürsten (2) zu sein.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Gleichstrommotoren, die Permanentmagneten verwenden, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Permanentmagnetstarter zum Starten einer Maschine eines Motorfahrzeugs, der Vorsprünge hat, die an einer äußeren Oberfläche des Kommutators gebildet sind, um die Startfähigkeit desselben zu verbessern.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Für Permanentmagnetstarter ist es im Allgemeinen erforderlich, die Drehgeschwindigkeit in Niedrigstrombereichen zu erhöhen, ohne das Ausgangsdrehmoment in Hochstrombereichen zu verringern, um die Startfähigkeit zu verbessern.

Um dem vorhergehenden Erfordernis nachzukommen, offenbart das Japanische Patent Nr. H5-10903 einen Permanentmagnetstarter, der für jedes Paar von N- und S-Permanentmagnetpolen einen Hilfspol, der aus einem magnetischen Material hergestellt ist, aufweist, um die Menge eines effektiven magnetischen Flusses senkrecht zu der Ankerspule zu erhöhen.

Bei dem vorhergehenden Starter wird jedoch der Hilfspol magnetisiert, wenn der Ankerspule ein elektrischer Strom zugeführt wird, so dass eine magnetische Anziehung zwischen dem Anker und dem Hilfspol hervorgerufen wird. Dementsprechend ist es nötig, den Hilfspol an dem Joch des Starters beispielsweise durch ein Schweißen oder ein Anordnen einer Hülse an der inneren Peripherie des Hilfspols gegen die magnetische Anziehung zu sichern.

Im Vergleich zu einem Permanentmagnetstarter ohne irgendeinen Hilfspol ist folglich sowohl die Zahl von Komponenten als auch die Zahl von nötigen Verfahren erhöht, so dass sich der Herstellungsaufwand erhöht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der im Vorhergehenden erwähnten Probleme gemacht.

Es ist daher eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Permanentmagnetstarter zum Starten einer Maschine eines Motorfahrzeugs zu schaffen, der eine hohe Startfähigkeit hat, ohne irgendeinen Hilfspol zu verwenden, und der mit einem niedrigen Aufwand hergestellt werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Automaschinenstarter geschaffen, der ein Joch, Permanentmagneten, einen Anker, einen Kommutator und Bürsten aufweist.

Die Permanentmagneten sind an einer inneren Peripherie des Jochs angeordnet. Der Anker ist innerhalb der Permanentmagneten angeordnet und hat eine Ankerwelle; der Anker arbeitet, um ein Drehmoment zum Starten einer Maschine eines Fahrzeugs zu erzeugen. Der Kommutator ist an der Ankerwelle befestigt und hat eine äußere Oberfläche, die sich in einer Drehrichtung des Ankers erstreckt. Die Bürsten sind konfiguriert, um an die äußere Oberfläche des Kommutators gedrückt zu werden, um während einer Drehung des Ankers einen Gleitkontakt mit dem Kommutator einzurichten.

Der Automaschinenstarter gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an der äußeren Oberfläche des Kommutators mindestens ein Vorsprung gebildet ist, um mit den Bürsten ständig in Eingriff zu sein.

Bei herkömmlichen Permanentmagnetstartern hat der Kommutator eine glatte äußere Oberfläche, an der die Bürsten während einer Drehung des Ankers gleiten. Folglich ist es schwierig, die Gleitkontakte zwischen den Bürsten und dem Kommutator zu stabilisieren, und daher kann lediglich ein kleiner Spannungskommutierungseffekt erhalten werden.

Im Vergleich dazu ist bei dem Automaschinenstarter gemäß der Erfindung an der äußeren Oberfläche des Kommutators der mindestens eine Vorsprung gebildet, durch den es möglich ist, während einer Drehung des Ankers relative Bewegungen zwischen den Bürsten und dem Kommutator zu minimieren. Dementsprechend ist es möglich, die Gleitkontakte zwischen den Bürsten und dem Kommutator maximal zu stabilisieren, wodurch der Spannungskommutierungseffekt in dem Starter maximiert ist.

In Niedrigstrombereichen wird folglich die Verteilung eines elektrischen Stroms an der Grenzfläche zwischen dem Kommutator und jeder der Bürsten hinsichtlich der Drehrichtung des Ankers hin zu der Stromaufwärtsseite der Bürste vorgespannt sein, so dass dieselben Effekte geliefert werden wie bei dem Fall eines Verschiebens der Bürste in der Drehrichtung des Ankers.

Als ein Resultat ist es möglich, die Drehgeschwindigkeit des Ankers in Niedrigstrombereichen zu erhöhen, ohne einen Hilfspol zu verwenden, so dass die Startfähigkeit des Automaschinenstarters mit einem niedrigen Aufwand verbessert wird.

Vorzugsweise weist bei dem Automaschinenstarter gemäß der Erfindung der mindestens eine Vorsprung eine Mehrzahl von Vorsprüngen auf, die sich in der Drehrichtung des Ankers erstrecken und in einer Breitenrichtung der äußeren Oberfläche des Kommutators senkrecht zu der Drehrichtung des Ankers arrayförmig angeordnet sind.

Bei dem Automaschinenstarter gemäß der Erfindung ist vorzugsweise die folgende Beziehung spezifiziert: X ≤ Y/4,wobei X der Winkelbereich einer radial inneren Oberfläche von jeder der Bürsten hinsichtlich einer Drehachse des Ankers ist, und Y der Winkelbereich einer radial inneren Oberfläche von jedem der Permanentmagneten hinsichtlich der Drehachse des Ankers ist.

Bei dem Spezifizieren der vorhergehenden Beziehung wird die Störung des Magnetfelds in dem Starter, die durch ein Vorspannen der Verteilung eines elektrischen Stroms an der Grenzfläche zwischen dem Kommutator und jeder der Bürsten bewirkt wird, erhöht sein, so dass die Drehgeschwindigkeit des Ankers in Niedrigstrombereichen weiter erhöht ist.

Bei dem Automaschinenstarter gemäß der Erfindung hat jede der Bürsten vorzugsweise einen spezifischen Widerstand R, der kleiner als oder gleich 1800 μΩcm ist, wobei der spezifische Widerstand R durch die folgende Gleichung bestimmt ist: R = V × S)/(I × L),wobei V eine Spannung ist, die zwischen zwei Punkten an der Bürste angelegt ist, L eine Entfernung zwischen den zwei Punkten ist, I ein elektrischer Strom ist, der durch das Anlegen der Spannung in der Bürste induziert wird, und S ein Querschnitt der Bürste senkrecht zu der Richtung des elektrischen Stroms I ist.

Bei dem Spezifizieren des spezifischen Widerstands R wie im Vorhergehenden ist der Effekt einer Widerstandskommutierung in dem Starter relativ klein. Der Spannungskommutierungseffekt in dem Starter wird daher bedeutsamer.

Bei dem Fall, dass jede der Bürsten durch ein Stapeln einer Mehrzahl von Schichten mit unterschiedlichen spezifischen Widerständen hergestellt ist, ist es vorzu ziehen, dass der kleinste der spezifischen Widerstände der Schichten niedriger als oder gleich 1800 μΩcm ist.

Bei dem Automaschinenstarter gemäß der Erfindung kann jede der Bürsten durch ein Stapeln einer Mehrzahl von Schichten mit unterschiedlichen spezifischen Widerständen hergestellt sein. Bei einem solchen Fall sind die Schichten vorzugsweise hinsichtlich des Ankers derart angeordnet, dass sich die spezifischen Widerstände der Schichten entlang der Drehrichtung des Ankers erhöhen.

Bei der vorhergehenden Anordnung ist der Kontaktwiderstand zwischen jeder der Bürsten und dem Kommutator auf der Stromaufwärtsseite niedriger als auf der Stromabwärtsseite der Bürste, so dass die Verteilung eines elektrischen Stroms an der Grenzfläche zwischen der Bürste und dem Kommutator weiter hin zu der Stromaufwärtsseite vorgespannt ist. Als ein Resultat ist es möglich, die Drehgeschwindigkeit des Starters in Niedrigstrombereichen weiter zu erhöhen.

Bei dem Automaschinenstarter gemäß der Erfindung ist die radial innere Oberfläche von jeder der Bürsten vorzugsweise so gebildet, dass sich dieselbe an die äußere Oberfläche des Kommutators in der Drehrichtung des Ankers anpasst, bevor eine Abnutzung der Bürste auftritt.

Bei der vorhergehenden Bildung ist in einem Anfangszustand, bei dem sich die radial innere Oberfläche von jeder der Bürsten noch nicht abgenutzt hat, um sich völlig an die unebene äußere Oberfläche des Kommutators anzupassen, die Kontaktlänge zwischen jeder der Bürsten und dem Kommutator in der Drehrichtung des Ankers maximiert. Da ferner in dem Anfangszustand lediglich der mindestens eine Vorsprung einen Kontakt mit den Bürsten herstellt, ist der Kontaktdruck zwischen den Bürsten und dem Kommutator wesentlich erhöht.

Es ist folglich sogar in dem Anfangszustand noch möglich, die Gleitkontakte zwischen den Bürsten und dem Kommutator maximal zu stabilisieren und dadurch den Spannungskommutierungseffekt in dem Starter zu maximieren.

Sonst ist bei dem Automaschinenstarter gemäß der Erfindung die radial innere Oberfläche von jeder der Bürsten vorzugsweise so gebildet, um einen Kontakt mit der äußeren Oberfläche des Kommutators lediglich auf der Stromaufwärtsseite desselben hinsichtlich der Drehrichtung des Ankers herzustellen, bevor eine Abnutzung der Bürste auftritt.

Bei der vorhergehenden Bildung ist in dem Anfangszustand die Verteilung eines elektrischen Stroms an der radial inneren Oberfläche hin zu der Stromaufwärtsseite vorgespannt, so dass dieselben Effekte geliefert werden wie bei dem Fall eines Verschiebens der Bürste in der Drehrichtung des Ankers.

Es ist folglich sogar in dem Anfangszustand noch möglich, die Drehgeschwindigkeit des Ankers in Niedrigstrambereichen zu erhöhen.

Bei dem Automaschinenstarter gemäß der Erfindung ist der Kommutator aus einer Mehrzahl von Kommutatorsegmenten, die voneinander elektrisch getrennt sind, zusammengesetzt. Die Kommutatorsegmente können an der Ankerwelle entlang der Drehrichtung des Ankers so angeordnet sein, um die äußere Oberfläche des Kommutators zylindrisch zu machen.

Bei der vorhergehenden Anordnung kann der mindestens eine Vorsprung an der äußeren Oberfläche des Kommutators ohne weiteres dadurch gebildet werden, dass während einer Drehung des Ankers ein Schneidewerkzeug an der äußeren Oberfläche in einer Richtung senkrecht zu der Ankerwelle angelegt wird.

Sonst können die Kommutatorsegmente an einem axialen Ende des Ankers so um die Ankerwelle angeordnet sein, um die äußere Oberfläche des Kommutators senkrecht zu der Ankerwelle zu machen.

Bei diesem Fall kann der mindestens eine Vorsprung an der äußeren Oberfläche des Kommutators ohne weiteres durch Anlegen des Schneidewerkzeugs an der äußeren Oberfläche in einer Richtung parallel zu der Ankerwelle während einer Drehung des Ankers gebildet werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus der im Folgenden gegebenen detaillierten Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung, die jedoch nicht so aufgefasst werden sollten, dass dieselben die Erfindung auf die spezifischen Ausführungsbeispiele begrenzen, sondern lediglich dem Zweck der Erklärung und des Verständnisses dienen.
In den beigefügten Zeichnungen ist:
1 eine Teilquerschnittsseitenansicht, die die Gesamtkonfiguration eines Ankers eines Automaschinenstarters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
2 eine axiale Draufsicht, die eine mehrschichtige Bürstenstruktur gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
3 eine axiale Draufsicht, die die Beziehung zwischen den Winkelbereichen von Bürsten und Permanentmagneten in dem Starter gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
4 eine schematische Ansicht, die eine Bestimmung der spezifischen Widerstände der Bürsten gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
5A und 5B eine axiale Draufsicht bzw. eine Teilquerschnittsseitenansicht, die zusammen eine Bildung der Bürsten gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen;
6 eine axiale Draufsicht, die eine Bildung der Bürsten gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
7 eine Teilquerschnittsseitenansicht, die die Gesamtkonfiguration eines Ankers eines Automaschinenstarters gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; und
8 eine Draufsicht aus einer Richtung A in 7, die eine mehrschichtige Bürstenstruktur gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind im Folgenden unter Bezugnahme auf 1–8 beschrieben.
Es sei bemerkt, dass, der Klarheit und des Verständnisses halber, identische Komponenten mit identischen Funktionen in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen der Erfindung wo immer möglich in jeder der Figuren mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet sind.
[ERSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL]
Dieses Ausführungsbeispiel stellt einen Starter zum Starten einer Maschine eines Motorfahrzeugs dar, der ein Magnetfeldsystem, einen Anker 1 und Bürsten 2 aufweist.
Das Magnetfeldsystem ist aus einem zylindrischen Joch 3 zum Bilden eines magnetischen Kreises in dem Starter und einer Mehrzahl von Permanentmagneten 4, die an der inneren Peripherie des Jochs 3 angeordnet sind, zusammengesetzt, wie in 3 gezeigt ist.
Bezug nehmend auf 1 ist der Anker 1 aus einer Ankerwelle 5, einem Ankerkern 6, einer Ankerspule 7 und einem Kommutator 8 zusammengesetzt.
Die Ankerwelle 5 ist durch ein Paar von Lagern (nicht gezeigt) drehbar getragen. Der Ankerkern 6 ist an die Ankerwelle 5 in einem Kerbverzahnungseingriff mit derselben pressgepasst. Die Ankerspule 7 ist um den Ankerkern 6 gewickelt. Der Kommutator 8 ist an einem Endabschnitt der Ankerwelle 5 befestigt.
Der Kommutator 8 ist aus einer Mehrzahl von Kommutatorsegmenten, die durch einen Isolator 9 voneinander elektrisch getrennt sind, zusammengesetzt. Die Kommutatorsegmente sind entlang der Drehrichtung der Ankerwelle 5 so angeordnet, um den Kommutator 8 zylindrisch zu machen. Jedes der Kommutatorsegmente ist mit der Ankerspule 7 mechanisch und elektrisch verbunden.
Jede der Bürsten 2 ist durch eine Bürstenfeder (nicht gezeigt) an die äußere Oberfläche des Kommutators 8 gedrückt, um während einer Drehung des Ankers 1 einen Gleitkontakt mit dem Kommutator 8 einzurichten.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ferner an der äußeren Oberfläche des Kommutators 8 eine Mehrzahl von Vorsprüngen 10 gebildet, um sich in der Drehrichtung des Ankers 1 (d. h. in der Umfangsrichtung des Kommutators 8) zu erstrecken. Die Vorsprünge 10 sind in vorbestimmten Intervallen in der Breitenrichtung der äußeren Oberfläche beabstandet und nehmen mindestens den Bürstenkontaktierbereich der äußeren Oberfläche ein.
Durch ein Vorsehen der Vorsprünge 10 ist es möglich, relative Bewegungen zwischen den Bürsten 2 und dem Kommutator 8 während einer Drehung des Ankers 1 zu minimieren, wodurch die Gleitkontakte zwischen den Bürsten 2 und dem Kommutator 8 maximal stabilisiert sind.
Dementsprechend ist es möglich, einen „Spannungskommutierungseffekt" in dem Starter zu maximieren. Der Spannungskommutierungseffekt bezeichnet hier den Effekt eines Tilgens der Reaktanzspannung, die in der Ankerspule 7 während jedes Kontakts zwischen einem der Kommutatorsegmente und einer der Bürsten 2 induziert wird, durch ein Benutzen der elektromotorischen Kraft, die in der Ankerspule 7 unmittelbar vor diesem Kontakt induziert wird.
In Niedrigstrombereichen ist folglich die Verteilung eines elektrischen Stroms an der Grenzfläche zwischen dem Kommutator 8 und jeder der Bürsten 2 hin zu der Stromaufwärtsseite der Bürste 2 hinsichtlich der Drehrichtung des Ankers 1 vorgespannt, so dass dieselben Effekte geliefert werden wie bei dem Fall eines Verschiebens der Bürste 2 in der Drehrichtung des Ankers 1. Andererseits wird in Hochstrombereichen die Verbesserung bei dem Spannungskommutierungseffekt mit einer Erhöhung der Dichte eines elektrischen Stroms in der Bürste 2 unbeachtlich.
Als ein Resultat ist es gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, die Drehgeschwindigkeit des Ankers 1 in Niedrigstrombereichen zu erhöhen, ohne einen Hilfspol zu verwenden, so dass die Startfähigkeit des Starters mit einem niedrigen Aufwand verbessert wird.
[ZWEITES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL]
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jede der Bürsten 2 durch ein Stapeln einer Mehrzahl von Schichten mit unterschiedlichen spezifischen Widerständen hergestellt; die Schichten sind hinsichtlich des Ankers 1 so angeordnet, dass sich die spezifischen Widerstände der Schichten entlang der Drehrichtung des Ankers 1 erhöhen.
Die Bürste 2 in 2 ist beispielsweise aus zwei Schichten 2a und 2b mit unterschiedlichen spezifischen Widerständen zusammengesetzt. Die Schicht 2a mit dem niedrigeren spezifischen Widerstand ist auf der Stromaufwärtsseite angeordnet, während die Schicht 2b mit dem höheren spezifischen Widerstand auf der Stromabwärtsseite der Bürste 2 hinsichtlich der Drehrichtung des Ankers 1 angeordnet ist.
Bei der vorhergehenden Anordnung ist der Kontaktwiderstand zwischen der Bürste 2 und dem Kommutator 8 auf der Stromaufwärtsseite niedriger als auf der Stromabwärtsseite der Bürste 2, so dass die Verteilung des elektrischen Stroms an der Grenzfläche zwischen der Bürste 2 und dem Kommutator 8 weiter hin zu der Stromaufwärtsseite vorgespannt ist. Als ein Resultat ist es möglich, die Drehgeschwindigkeit des Ankers 1 in Niedrigstrombereichen weiter zu erhöhen.
[DRITTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL]
Dieses Ausführungsbeispiel spezifiziert die Beziehung zwischen den Winkelbereichen der Bürsten 2 und den Permanentmagneten 4 in dem Starter.
Genauer gesagt, ist Bezug nehmend auf 3 die folgende Beziehung in dem Starter spezifiziert: X ≥ Y/4 (Gleichung 1),wobei X der Winkelbereich der radial inneren Oberfläche von jeder der Bürsten 2 hinsichtlich der Drehachse O des Ankers 1 ist, und Y der Winkelbereich der radial inne ren Oberfläche eines entsprechenden der Permanentmagneten 4 hinsichtlich der Drehachse O ist.
Die vorhergehende Beziehung spezifizierend wird die Störung des Magnetfelds in dem Starter, die durch das Vorspannen der Verteilungen des elektrischen Stroms an den Grenzflächen zwischen den Bürsten 2 und dem Kommutator 8 bewirkt wird, erhöht sein, so dass die Drehgeschwindigkeit des Ankers 1 in Niedrigstrombereichen weiter erhöht wird.
[VIERTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL]
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der spezifische Widerstand von jeder der Bürsten 2 spezifiziert, um niedriger als oder gleich 1800 μΩcm zu sein.
Bezug nehmend auf 4 wird, um den spezifischen Widerstand zu bestimmen, durch ein Verwenden eines Paars von Anschlüssen 11 eine Spannung zwischen zwei Punkten an jede der Bürsten 2 angelegt und der in der Bürste 2 induzierte elektrische Strom gemessen. Dann ist der spezifische Widerstand von jeder der Bürsten 2 durch die folgende Gleichung bestimmt: R = (V × S)/(I × L) (Gleichung 2),wobei R der spezifische Widerstand der Bürste 2 in μΩcm, V die angelegte Spannung in V, I der induzierte elektrische Strom in A, L die Entfernung zwischen den zwei Punkten in cm und S der Querschnitt der Bürste 2 senkrecht zu der Richtung des elektrischen Stroms I in cm² ist.
Bei dem Spezifizieren Den spezifischen Widerstand R wie im Vorhergehenden spezifizierend ist der Effekt der Widerstandskommutierung in dem Starter relativ klein. Der Spannungskommutierungseffekt in dem Starter wird daher bedeutsamer.
Zusätzlich ist bei dem Fall der Bürsten 2 mit einer Mehrschichtstruktur, wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, der kleinste der spezifischen Widerstände der Schichten als niedriger als oder gleich 1800 μΩcm spezifiziert.
[FÜNFTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL]
Bezug nehmend auf 5A und 5B ist bei diesem Ausführungsbeispiel die radial innere Oberfläche von jeder der Bürsten 2 so gebildet, um sich in einem Anfangszustand, bei dem keine Abnutzung der Bürste 2 aufgetreten ist, in der Drehrichtung des Ankers 1 an die äußere Oberfläche des Kommutators 8 anzupassen.
Genauer gesagt, ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die radial innere Oberfläche von jeder der Bürsten 2 mit einem Krümmungsradius R, der fast gleich dem Außendurchmesser des Kommutators 8 ist, rund.
Bei der vorhergehenden Bildung ist in dem Anfangszustand die Kontaktlänge zwischen jeder der Bürsten 2 und dem Kommutator 8 in der Drehrichtung des Ankers 1 maximiert. Da ferner in dem Anfangszustand lediglich die Vorsprünge 10 einen Kontakt mit den Bürsten 2 herstellen, ist der Kontaktdruck zwischen den Bürsten 2 und dem Kommutator 8 wesentlich erhöht.
Es ist folglich sogar in dem Anfangszustand, bei dem sich die radial inneren Oberflächen der Bürsten 2 noch nicht abgenutzt haben, um sich völlig an die unebene äußere Oberfläche des Kommutators 8 anzupassen, noch möglich, die Gleitkontakte zwischen den Bürsten 2 und dem Kommutator 8 maximal zu stabilisieren und dadurch den Spannungskommutierungseffekt in dem Starter zu maximieren.
[SECHSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL]
Bezug nehmend auf 6 ist bei diesem Ausführungsbeispiel die radial innere Oberfläche von jeder der Bürsten 2 so gebildet, dass dieselbe in einem Anfangszustand, bei dem keine Abnutzung der Bürste 2 aufgetreten ist, lediglich auf der Stromaufwärtsseite hinsichtlich der Drehrichtung des Ankers 1 einen Kontakt mit der äußeren Oberfläche des Kommutators 8 herstellt.
Genauer gesagt, stellt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich die stromaufwärtsseitige Hälfte der radial inneren Oberfläche von jeder der Bürsten 2 (d. h. der Teil auf der rechten Seite der Umfangsmittellinie C-C der Bürste 2) in dem Anfangszustand einen Kontakt mit der äußeren Oberfläche des Kommutators 8 her.
Bei der obigen Bildung wird in dem Anfangszustand, bei dem sich die radial innere Oberfläche von jeder der Bürsten 2 noch nicht abgenutzt hat, um sich völlig an die unebene äußere Oberfläche des Kommutators 8 anzupassen, die Verteilung eines elektrischen Stroms an der radial inneren Oberfläche hin zu der Stromaufwärtsseite vorgespannt sein, so dass dieselben Effekte geliefert werden wie bei dem Fall eines Verschiebens der Bürste 2 in der Drehrichtung des Ankers 1. Es ist folglich sogar in dem Anfangszustand noch möglich, die Drehgeschwindigkeit des Ankers 1 in Niedrigstrombereichen zu erhöhen.
[SIEBTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL]
Dieses Ausführungsbeispiel stellt eine Anordnung der Kommutatorsegmente dar, die sich von derselben bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen unterscheidet.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Kommutatorsegmente an einem axialen Ende des Ankers 1 um die Ankerwelle 5 so angeordnet, um die äußere Oberfläche des Kommutators 8 senkrecht zu der Ankerwelle 5 zu machen.
Genauer gesagt, weist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, Bezug nehmend auf 7, die Ankerspule 7 eine Mehrzahl von unteren Drähten 70 und eine Mehrzahl von oberen Drähten 71 auf. Die Zahlen der unteren Drähte 70 und der oberen Drähte 71 sind gleich der Zahl von Schlitzen, die in der äußeren Peripherie des Ankerkerns 6 gebildet sind.
In jedem der Schlitze sind ein gerader Abschnitt 70a von einem der unteren Drähte 70 und ein gerader Abschnitt 71a von einem der oberen Drähte 71 in zwei Schichten eingefügt. Enden der unteren Drähte 70 sind jeweils mit Enden der oberen Drähte 71 verbunden; alle zwei Enden, die verbunden sind, sind aus unterschiedlichen Schlitzen gezogen.
Jeder der oberen Drähte 71 hat einen Endabschnitt 71b, der sich radial nach innen von einem Ende des geraden Abschnitts 71a fast parallel zu einer axialen Endfläche des Ankerkerns 6 erstreckt. Der Endabschnitt 71b bildet eines der Kommutatorsegmente.
Dementsprechend bilden bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Seitenflächen der Endabschnitte 71b der oberen Drähte 71 zusammen jene äußere Oberfläche des Kommutators 8, die senkrecht zu der Ankerwelle 5 ist. Jede der Bürsten 2 ist ferner durch die Bürstenfeder (nicht gezeigt) in der axialen Richtung des Ankers 1 an die äußere Oberfläche des Kommutators 8 gedrückt, um während einer Drehung des Ankers 1 den Gleitkontakt mit dem Kommutator 8 einzurichten. Jeder der Vorsprünge 10 ist ferner an der äußeren Oberfläche des Kommutators 8 gebildet, um sich in der Drehrichtung des Ankers 1 zu erstrecken. Die Vorsprünge 10 bilden folglich konzentrische Kreise mit dem Mittelpunkt auf der Drehachse des Ankers 1 an der äußeren Oberfläche des Kommutators 8. Zusätzlich nehmen die Vorsprünge 10 mindestens den Bürstenkontaktierbereich der äußeren Oberfläche des Kommutators 8 ein.
Bei der im Vorhergehenden beschriebenen Anordnung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es möglich, dieselben Effekte wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel zu erhalten. Genauer gesagt, ist es durch ein Vorsehen der Vorsprünge 10 möglich, die Gleitkontakte zwischen den Bürsten 2 und dem Kommutator 8 maximal zu stabilisieren und dadurch den Spannungskommutierungseffekt bei dem Starter zu maximieren. Es ist folglich möglich, die Drehgeschwindigkeit des Ankers 1 in Nied rigstrombereichen zu erhöhen, ohne einen Hilfspol zu verwenden, so dass die Startfähigkeit des Starters mit niedrigem Aufwand verbessert ist.
Außerdem ist es bei der Anordnung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ferner möglich, dass jede der Bürsten 2 eine Mehrschichtstruktur hat, wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben ist.
Beispielsweise ist die Bürste 2 in 8 aus zwei Schichten 2a und 2b mit unterschiedlichen spezifischen Widerständen zusammengesetzt. Die Schicht 2a mit dem niedrigeren spezifischen Widerstand ist auf der Stromaufwärtsseite angeordnet, während die Schicht 2b mit dem höheren spezifischen Widerstand auf der Stromabwärtsseite der Bürste 2 hinsichtlich der Drehrichtung des Ankers 1 angeordnet ist.
Bei der vorhergehenden Anordnung wird der Kontaktwiderstand zwischen der Bürste 2 und dem Kommutator 8 auf der Stromaufwärtsseite niedriger als auf der Stromabwärtsseite der Bürste 2 sein, so dass die Verteilung des elektrischen Stroms an der Grenzfläche zwischen der Bürste 2 und dem Kommutator 8 weiter hin zu der Stromaufwärtsseite vorgespannt ist. Als ein Resultat ist es möglich, die Drehgeschwindigkeit des Ankers 1 in Niedrigstrombereichen weiter zu erhöhen.
Es ist ferner auch möglich, die Anordnung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit denselben gemäß dem dritten bis sechsten Ausführungsbeispiel zu kombinieren.
Während die vorhergehenden besonderen Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt und beschrieben sind, ist für die, die die Erfindung praktisch anwenden, und Fachleute offensichtlich, dass an der Erfindung verschiedene Modifikationen, Änderungen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von dem Geist des offenbarten Konzepts abzuweichen.
Beispielsweise sind bei dem siebten Ausführungsbeispiel die Kommutatorsegmente durch ein Benutzen der Endabschnitte 71b der oberen Drähte 71 der Ankerspule 7 gebildet.
Andere zusätzliche Komponenten können jedoch alternativ verwendet sein, um die Kommutatorsegmente an dem axialen Ende des Ankers 1 zu bilden.
Solche Modifikationen, Änderungen und Verbesserungen sind innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche möglich.

Claims

Automaschinenstarter mit: einem Joch (3); Permanentmagneten (4), die an einer inneren Peripherie des Jochs (3) angeordnet sind; einem Anker (1), der innerhalb der Permanentmagneten (4) angeordnet ist und eine Ankerwelle (5) hat, wobei der Anker (1) arbeitet, um ein Drehmoment zum Starten einer Maschine eines Fahrzeugs zu erzeugen; einem Kommutator (8), der an der Ankerwelle (5) befestigt ist und eine äußere Oberfläche hat, die sich in einer Drehrichtung des Ankers (1) erstreckt; und Bürsten (2), die konfiguriert sind, um an die äußere Oberfläche des Kommutators (8) gedrückt zu sein, um während einer Drehung des Ankers (1) einen Gleitkontakt mit dem Kommutator (8) einzurichten, wobei mindestens ein Vorsprung (10) an der äußeren Oberfläche des Kommutators (8) gebildet ist, um ständig mit den Bürsten (2) in Eingriff zu sein, wodurch eine relative Bewegung zwischen den Bürsten (2) und dem Kommutator (8) minimiert ist und ein Spannungskommutierungseffekt in dem Starter maximiert ist.
Automaschinenstarter nach Anspruch 1, bei dem der mindestens eine Vorsprung (10) eine Mehrzahl von Vorsprüngen, die sich in der Drehrichtung des Ankers (1) erstrecken und in einer Breitenrichtung der äußeren Oberfläche des Kommutators senkrecht zu der Drehrichtung des Ankers (1) arrayförmig angeordnet sind, aufweist.
Automaschinenstarter nach Anspruch 1, bei dem X ≥ Y/4,wobei X ein Winkelbereich einer radial inneren Oberfläche von jeder der Bürsten (2) hinsichtlich einer Drehachse des Ankers (1) ist, und Y ein Winkelbereich einer radial inneren Oberfläche von jedem der Permanentmagneten (4) hinsichtlich der Drehachse des Ankers (1) ist.
Automaschinenstarter nach Anspruch 1, bei dem jede der Bürsten (2) einen spezifischen Widerstand R, der niedriger als oder gleich 1800 μΩcm ist, hat, wobei der spezifische Widerstand R durch die folgende Gleichung bestimmt ist: R = (V × S)/(I × L),wobei V eine Spannung ist, die zwischen zwei Punkten an der Bürste (2) angelegt ist, L die Entfernung zwischen den zwei Punkten ist, I der durch das Anlegen der Spannung in der Bürste (2) induzierte elektrische Strom ist, und S ein Querschnitt der Bürste (2) senkrecht zu der Richtung des elektrischen Stroms I ist.
Automaschinenstarter nach Anspruch 4, bei dem jede der Bürsten (2) durch ein Stapeln einer Mehrzahl von Schichten (2a, 2b) mit unterschiedlichen spezifischen Widerständen hergestellt ist, und bei dem der kleinste der spezifischen Widerstände der Schichten (2a, 2b) niedriger als oder gleich 1800 μΩcm ist.
Automaschinenstarter nach Anspruch 1, bei dem jede der Bürsten (2) durch ein Stapeln einer Mehrzahl von Schichten (2a, 2b) mit unterschiedlichen spezifischen Widerständen hergestellt ist, und bei dem die Schichten (2a, 2b) hinsichtlich des Ankers (1) so angeordnet sind, dass sich die spezifischen Widerstände der Schichten (2a, 2b) entlang der Drehrichtung des Ankers (1) erhöhen.
Automaschinenstarter nach Anspruch 1, bei dem eine radial innere Oberfläche von jeder der Bürsten (2) so gebildet ist, um sich an die äußere Oberfläche des Kommutators (8) in der Drehrichtung des Ankers (1) anzupassen, bevor eine Abnutzung der Bürste (2) auftritt.
Automaschinenstarter nach Anspruch 1, bei dem eine radial innere Oberfläche von jeder der Bürsten (2) so gebildet ist, um mit der äußeren Oberfläche des Kommutators (8) lediglich auf einer Stromaufwärtsseite desselben hinsichtlich der Drehrichtung des Ankers (1) einen Kontakt herzustellen, bevor eine Abnutzung der Bürste (2) auftritt.
Automaschinenstarter nach Anspruch 1, bei dem der Kommutator (8) aus einer Mehrzahl von Kommutatorsegmenten, die voneinander elektrisch getrennt sind, zusammengesetzt ist, und bei dem die Kommutatorsegmente an der Ankerwelle (5) entlang der Drehrichtung des Ankers (1) so angeordnet sind, um die äußere Oberfläche des Kommutators (8) zylindrisch zu machen.
Automaschinenstarter nach Anspruch 1, bei dem der Kommutator (8) aus einer Mehrzahl von Kommutatorsegmenten, die voneinander elektrisch getrennt sind, zusammengesetzt ist, und bei dem die Kommutatorsegmente an einem axialen Ende des Ankers (1) um die Ankerwelle (5) so angeordnet sind, um die äußere Oberfläche des Kommutators (8) senkrecht zu der Ankerwelle (5) zu machen.