-
QUERVERWEIS AUF EIN VERWANDTES DOKUMENT
-
Die
vorliegende Anmeldung beansprucht die Vorteile aus der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2006-317095 ,
die am 24. November 2006 angemeldet wurde, deren Offenbarung hier
durch Bezugnahme miteinbezogen wird.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Technisches Gebiet der
Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Gleichstrommotor,
der mit Permanentmagneten ausgerüstet
ist, die als Feldmagnete verwendet werden, und betrifft spezieller
eine verbesserte Konstruktion solch eines Motors, der dafür ausgelegt
ist, eine erhöhte
Startfähigkeit
zu erreichen.
-
2. Stand der Technik
-
Die
japanische Patent-Zweitveröffentlichung Nr.
5-10903 offenbart Techniken zum Verbessern der Geschwindigkeit
eines Gleichstrommotors, der mit Permanentmagneten ausgerüstet ist,
und zwar in einem Niedrigstrombereich ohne einen Kompromiss in Bezug
auf das Drehmoment, welches in einem Hochstrom-Bereich ausgegeben
wird, um die Startfähigkeit
desselben bei Raumtemperatur zu erhöhen. Spezifischer gesagt enthält die Konstruktion,
die in dieser Veröffentlichung
vorgeschlagen ist, Hilfspole aus einem magnetischen Material, von
denen jeder auf einer Magnetisierungsseite von einem der Permanentmagnete
angeordnet ist, die als Hauptpole arbeiten, wo die Ankerreaktion
entwickelt wird, wodurch die effektiven Magnetflüsse erhöht werden, die durch die Hilfspole
erzeugt werden und die mit Ankerwicklungen verkettet sind, um die
Ausgangsleistung des Motors zu erhöhen.
-
Jedoch
ist die zuvor erläuterte
Konstruktion mit einem Nachteil behaftet und zwar dahingehend, dass
die Hilfspole während
der Erregung der Ankerwicklungen magnetisiert werden, um eine magnetische
Anziehung zwischen den Hilfspolen und einem Anker zu erzeugen, sodass
dabei die Forderung besteht, die Hilfspole an einem Joch zu befestigen
und zu sichern und zwar gegen die magnetische Anziehung. Beispielsweise
ist es erforderlich die Hilfspole an dem Joch anzuschweißen oder
eine Hülse
an einer inneren Umfangsseite von jedem der Hilfspole zu platzieren.
-
Darüber hinaus
ist im Vergleich zu den Motoren, die mit Hilfspolen ausgerüstet sind,
der oben erläuterte
Gleichstrommotor mit Problemen behaftet und zwar hinsichtlich der
Erhöhung
der Zahl der Komponenten-Ports und in Verbindung mit den Herstellungskosten.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Es
ist daher Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Standes der Technik
zu vermeiden.
-
Ein
anderes Ziel der Erfindung besteht darin, einen Gleichstrommotor
zu schaffen, der als ein Anlassermotor für Brennkraftmaschinen verwendet
werden kann und dafür
ausgelegt ist, eine Startfähigkeit zu
besitzen, die erhöht
ist und zwar ohne die Verwendung der Hilfspole.
-
Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird ein Gleichstrommotor geschaffen, der folgendes
aufweist: (a) ein Joch, welches einen magnetischen Kreis bildet;
(b) eine Anordnung von Permanentmagneten, die entlang einem Innenumfang
des Joches angeordnet sind; (c) einen Anker, der innerhalb der Anordnung
der Permanentmagnete angeordnet ist und drehbar ist; (d) einen Kommutator,
der dafür
ausgelegt ist, um sich zusam men mit dem Anker zu drehen, wobei der
Kommutator eine äußere Umfangsfläche aufweist;
(e) eine Bürste,
die auf der Kommutatoroberfläche
gleitet, das heißt
der äußeren Umfangsfläche des
Kommutators, wobei die Bürste
elastisch in einer gegebenen Richtung in konstante Anlage mit der
Kommutatoroberfläche
gedrückt
wird; und (f) eine Vielzahl von Vorsprüngen, die auf der Kommutatoroberfläche in einer
ersten Richtung senkrecht zu einer zweiten Richtung angeordnet sind,
also in einer Richtung, in welcher der Kommutator gedreht wird und
die sich über
eine Gesamtheit des Umfanges der Kommutatoroberfläche erstrecken.
Jeder der Vorsprünge
ist durch zwei Seitenwände
definiert, die einander benachbart angeordnet sind und zwar in der ersten
Richtung. Wenigstens eine der zwei Seitenwände von jedem der Vorsprünge ist
so orientiert, dass dieser in einem vorgewählten Winkel zu der gegebenen
Richtung geneigt ist, in welcher die Bürste elastisch gedrückt wird.
Der vorgewählte
oder voreingestellte Winkel ist so ausgewählt, dass er in einem Bereich
von 20° bis
70° fällt.
-
Die
Vorsprünge
der Kommutatoroberfläche dienen
dazu, einen stabilen Angriff oder eine stabile Anlage der Bürste 6 an
der Kommutatoroberfläche
sicherzustellen, wodurch die Wirkungen der Verbesserung der Kommutierung
erhöht
werden (was auch im Folgenden als Spannungskommutierung bezeichnet wird),
bei der eine Reaktanzspannung beseitigt wird, die während der
Kommutierung erzeugt wird und zwar aufgrund der elektromotorischen
Kraft und zwar erzeugt durch die Wicklungen 9 unmittelbar
vor der Kommutierung. Dies hat zur Folge, dass die Verteilung des
Stromes, der zwischen der Bürste
und der Kommutatoroberfläche
in einem Niedrigstrombereich fließt, zu einem stromaufwärtigen Abschnitt
vorgespannt ist (das heißt
einem Führungsabschnitt)
der Bürste
in einer Richtung der Drehung des Ankers, wodurch im Wesentlichen
die gleichen Effekte erzeugt werden wie diejenigen, die in einem
Fall erzeugt werden, bei dem der Winkel der Bürstenverschiebung in einer
herkömmlichen
Konstruktion geändert
wird.
-
In
einem Hochstrombereich nimmt die Stromdichte in der Bürste zu,
wodurch die Wirkungen der Spannungskommutierung reduziert werden,
sodass die Ausgangsleistung oder Ausgangsleistungsqualität des Gleichstrommotors
identisch wird mit derjenigen von typischen Gleichstrommotoren.
Spezifischer gesagt dient die Konstruktion des Gleichstrommotors
der Erfindung dazu, die Drehgeschwindigkeit desselben zu verbessern
und zwar ohne die Verwendung von Hilfspolen, wie sie in der herkömmlichen
Konstruktion eingesetzt werden, wie bereits im einleitenden Teil
der vorliegenden Anmeldung erläutert
wurde, sodass dadurch die Startfähigkeit
des Gleichstrommotors bei Raumtemperatur erhöht wird und zwar bei reduzierten
Kosten.
-
Die
Neigung der Seitenwände
der Vorsprünge
in der Richtung, in welcher die Bürste elastisch gedrückt wird,
erhöht
den Wirkungsgrad bei der Ausübung
des elastischen Druckes auf die Seitenwände, was zu einer Stabilität der Gleitbewegung
der Bürste in
Kontakt mit der Kommutatoroberfläche
führt,
um die Verbesserung der Drehgeschwindigkeit des Ankers in dem Niedrigstrombereich
zu erhöhen.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind die zwei Seitenwände von jedem der Vorsprünge so orientiert,
dass sie in dem vorgewählten
Winkel in der gegebenen Richtung geneigt sind.
-
Der
Bereich des vorgewählten
Winkels, in welchem wenigstens eine der zwei Seitenwände von jedem
der Vorsprünge
geneigt ist, liegt in bevorzugter Weise bei 30° bis 55°.
-
Der
Bereich des vorgewählten
Winkels in welchem wenigstens eine der zwei Seitenwände von jedem
der Vorsprünge
geneigt ist, liegt in noch bevorzugterer Weise bei 45°.
-
Die
Bürste
besitzt eine Gleitfläche,
die in Gleitkontakt mit der Kommutatoroberfläche platziert ist. Die Gleitoberfläche besitzt
eine Weite B, die sich in der ersten Richtung erstreckt. Jeder der
Vorsprünge
besitzt eine obere Fläche,
die zwischen den Seitenwänden
festgelegt ist. Eine Gesamtweite oder -breite L, die aus der Summe
der Weiten der oberen Oberflächen
der Vorsprünge
gebildet ist, die innerhalb der Weite oder Breite B liegen, ist
so ausgewählt,
dass sie eine Beziehung gemäß L/B ≤ 1/2 er füllt. Wenn
die Bürste
zu Beginn in konstante Anlage mit der Kommutatoroberfläche platziert
wird, ist die Gleitoberfläche
der Bürste
im Wesentlichen so gestaltet, dass sie mit einer Kontur der Kommutatoroberfläche in einer
Umfangsrichtung derselben übereinstimmt.
Spezifischer gesagt führt
die Weite B der Bürste
und die Gesamtweite L der oberen Oberflächen, welche die Beziehung
von L/B ≤ 1/2
erfüllen,
zu einer anfänglichen
Ausübung
eines elastischen Druckes auf die Gleitoberfläche der Bürste, die um das Zweifache
oder Mehrfache größer ist
als in einem Fall, wenn die Gleitoberfläche der Bürste verschlissen ist, sodass
sie mit dem Vorsprung übereinstimmt, sodass
dadurch die Stabilität
der Anlage der Bürste an
der Kommutatoroberfläche
sichergestellt wird.
-
Jeder
der Vorsprünge
besitzt Ecken, von denen jede zwischen der oberen Oberfläche und
einer der Seitenwände
festgelegt ist. Jede der Ecken ist scharf gestaltet.
-
Jede
der Ecken ist gemäß einem
Krümmungsradius
von 0,1 mm oder noch weniger abgerundet.
-
Der
Anker besitzt ein Ankerwellen-Erzeugungsdrehmoment. Der Kommutator
enthält
eine Vielzahl von Kommutatorsegmenten, die in einer zylinderförmigen Form
angeordnet sind und zwar um einen Außenumfang der Ankerwelle herum,
um dadurch die Kommutatoroberfläche
festzulegen.
-
Der
Anker besitzt ein Ankerwellen-Erzeugungsdrehmoment. Der Kommutator
enthält
eine Vielzahl von Kommutatorsegmenten, die so angeordnet sind, dass
sie die Kommutatoroberfläche
festlegen, die sich in einer Richtung senkrecht zu der Ankerwelle
erstreckt.
-
Der
Gleichstrommotor kann als ein Anlassermotor verwendet werden, der
dafür ausgelegt
ist, eine Brennkraftmaschine zu starten.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die
vorliegende Erfindung kann vollständiger anhand der folgenden
detaillierten Beschreibung und anhand der beigefügten Zeichnungen von bevorzugten
Ausführungsformen
der Erfindung verstanden werden, wobei jedoch die Erfindung nicht
auf die spezifischen Ausführungsformen
beschränkt
ist sondern diese lediglich dem Zwecke der Erläuterung und des Verständnisses
dienen.
-
In
den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine
Teil-Querschnittsansicht, die einen Gleichstrommotor gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
-
2 eine
teilweise vergrößerte Ansicht,
die eine Bürste
und einen Kommutator darstellt, die in dem Gleichstrommotor von 1 installiert
sind;
-
3 einen
Graphen von Versuchsergebnissen, die eine Beziehung zwischen einem
Winkel der Neigung der Seitenwände
von Nuten in einem Kommutator in eine Richtung wiedergibt, in welcher ein
Federdruck auf die Bürste
wirkt und auf die Geschwindigkeit des Ankers;
-
4 eine
teilweise vergrößerte Ansicht,
die eine Bürste
und einen Kommutator darstellt, die in einem Gleichstrommotor gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung installiert sind;
-
5 eine
Teil-Seitenansicht, welche die Gestalt einer Bürste veranschaulicht, bevor
sie verschlissen ist und zwar verschlissen durch das Gleiten auf
einem Kommutator gemäß der zweiten
Ausführungsform;
-
6 einen
Graphen, der Versuchsergebnisse demonstriert, welche eine Beziehung
zwischen der Verbesserung der Geschwindigkeit eines Ankers und der
Gesamtweite L der oberen Oberflächen
der Vorsprünge
an einem Kommutator wiedergeben, wenn ein Gleichstrommotor in Drehung
versetzt wird und zwar ohne jegliche Last und in einem Niedrigstrombereich
gemäß der zweiten
Ausführungsform;
-
7 eine
Teil-Schnittansicht, die einen Gleichstrommotor gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
-
8 eine
teilweise vergrößerte Ansicht,
die eine Bürste
und einen Kommutator wiedergibt, die in dem Gleichstrommotor von 7 installiert
sind; und
-
9 eine
Teil-Seitenansicht, welche die Gestalt einer Bürste darstellt bevor diese
durch das Gleiten auf einem Kommutator verschlissen wird, gemäß der dritten
Ausführungsform.
-
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Gemäß den Zeichnungen,
in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in allen Ansichten
bezeichnen, ist speziell in 1 ein Gleichstrommotor gemäß der Erfindung
dargestellt, der beispielsweise als Anlassermotor 1 verwendet
wird und in einem Maschinenanlasser für Brennkraftmaschinen installiert
ist.
-
Der
Anlassermotor 1 besteht im Wesentlichen aus einem Joch 2,
welches einen magnetischen Kreis bildet, einer Vielzahl von Permanentmagneten 3,
die entlang einem inneren Umfang des Joches 2 in Lage gehalten
werden, einem Anker 4, der innerhalb einer Anordnung der
Magnete 3 unter Bildung eines Luftspaltes zwischen demselben
und dem Innenumfang der Anordnung der Magnete 3 angeordnet
ist und gedreht werden kann, einem Kommutator 5 und Bürsten 6.
-
Der
Anker 4 umfasst eine Ankerwelle 7 und erzeugt
ein Drehmoment, umfasst ferner einen Ankerkern 8, der gemäß einem
Presssitz an einem Außenumfang
der Ankerwelle 7 befestigt ist und zwar über Riffelungen,
und Ankerwicklungen 9, die sich durch Schlitze (nicht gezeigt)
hindurch erstrecken, welche in dem Ankerkern 8 ausgebildet
sind.
-
Der
Kommutator 5 umfasst eine Vielzahl von Kommutatorsegmenten 10 und
einen Isolator 11, der aus Harz gegossen oder geformt ist
und zwar mit den Kommutatorsegmenten 10, um diese in Lage
zu halten. Der Isolator 11 ist gemäß einem Presssitz auf dem Außenumfang
und einem Endabschnitt der Ankerwelle 7 aufgesetzt. Die
Kommutatorsegmente 10 sind in regulären oder Äqui-Distanzintervallen in einer
Umfangsrichtung des Isolators 10 angeordnet und sind elektrisch
gegeneinander über
den Isolator 11 isoliert. Jedes der Kommutatorsegmente 10 ist mechanisch
und elektrisch an ein Ende von einer der Ankerwicklungen 10 angefügt, die
sich aus dem Schlitz des Ankerkernes 8 heraus erstreckt.
-
Die
Bürsten 6 sind
jeweils beispielsweise aus einer gesinterten Mischung aus Kohlenstoff
und Kupferpulver hergestellt und reiten auf einer äußeren Oberfläche (die
weiter unten auch als Kommutatorfläche bezeichnet wird) des Kommutators 5.
Jede der Bürsten 6 wird
durch ein elastisches Teil wie beispielsweise eine Feder (nicht
gezeigt) in konstante Anlage mit der Oberfläche des Kommutators 5 gedrückt. Eine
Kombination aus jeder der Bürsten 6 und einer
entsprechenden einen der Federn kann aus einer bekannten Konstruktion
bestehen und ein Beispiel hierfür
wird aus diesem Grund weggelassen.
-
Ein
Merkmal der Konstruktion des Anlassermotors 1 wird weiter
unten beschrieben.
-
Die
Kommutatoroberfläche
enthält,
wie klar in 2 veranschaulicht ist, eine
Vielzahl von im Wesentlichen V-gestalteten Nuten 12, die
sich in einer Umfangsrichtung derselben erstrecken (das heißt in einer
Drehrichtung des Kommutators 5). Spezifischer gesagt sind
die Nuten 12 parallel zueinander in gleichen Intervallabständen voneinander
beabstandet angeordnet (das heißt
einer lateralen Richtung in der Zeichnung) und jede derselben erstreckt
sich über die
Gesamtheit des Umfanges eines Kreises oder einer Zylinderanordnung
der Kommutatorsegmente 10. Mit anderen Worten sind die
Vorsprünge
oder Rippen auf der Außenfläche von
jedem der Kommutatorsegmente 10 in einem regulären Intervall
in einer axialen Richtung des Kommutators 5 angeordnet.
-
Jede
der Seitenwände 12a der
Nuten 12 (das heißt
der Rippen) sind in Bezug auf die axiale Richtung des Kommutators 5 geneigt.
Spezifischer gesagt erstreckt sich jede der Seitenwände 12a in
einem Winkel C zu der Richtung, in welcher der Druck auf eine der
Bürsten 6 wirkt,
der durch jede der Federn erzeugt wird. Der Winkel C wird in bevorzugter Weise
so ausgewählt,
dass er in einen Bereich von 20° bis
70° liegt,
noch bevorzugter innerhalb eines Bereiches von 30° bis 55° und noch
bevorzugter bei etwa 45° liegt.
-
Die
Rippen (das heißt
die Nuten 12) des Kommutators 5 dienen dazu, die
Stabilität
der Anlage der Bürsten 6 an
der Oberfläche
des Kommutators 5 sicherzustellen, wodurch die Wirkungen
der Spannungskommutierung erhöht
werden, wodurch eine Reaktanzspannung beseitigt wird, die während der Kommutierung
erzeugt wird und zwar aufgrund der elektromotorischen Kraft, die
durch die Wicklungen 9 unmittelbar vor der Kommutierung
erzeugt wird. Dies verursacht eine Verteilung des Stromes, der zwischen
der Bürste
und der Kommutatoroberfläche
in einem Niedrigstrombereich fließt, eine Vorspannung in Richtung
auf einen stromaufwärtigen
Abschnitt (das heißt
einem Führungsabschnitt)
der Bürste
in einer Drehrichtung des Ankers, wodurch im Wesentlichen die gleichen
Wirkungen erzeugt werden wie diejenige in einem Fall, bei dem der
Winkel der Bürstenverschiebung
bei einer herkömmlichen
Konstruktion verändert
oder geändert
wird.
-
In
einem Hochstrombereich nimmt die Stromdichte in den Bürsten 6 zu,
wodurch die oben beschriebenen Wirkungen der Spannungskommutierung
reduziert werden, sodass die Ausgangsleistung des Anlassermotors 1 identisch
wird mit derjenigen von typischen Anlassermotoren. Spezifischer
gesagt dient die Konstruktion des Anlassermotors 1 dieser Ausführungsform
dazu, die Drehgeschwindigkeit desselben zu verbessern und zwar ohne
die Verwendung von Hilfspolen, wie sie bei der herkömmlichen Konstruk tion
eingesetzt werden, wie bereits einleitend in der vorliegenden Beschreibung
erläutert
wurde, wodurch die Startfähigkeit
des Anlassermotors 1 bei Raumtemperatur erhöht wird
und zwar unter gleichzeitiger Absenkung der Kosten.
-
Die
Neigung der Seitenwände 12a der
Nuten 12 in der Richtung oder in einer Orientierung entsprechend
dem Federdruck, der auf die Bürsten 6 wirkt, erhöht den Wirkungsgrad
bei der Ausübung
des Federdruckes auf die Seitenwände 12a,
was zu einer Stabilisierung der Gleitbewegung der Bürsten 6 führt, die
in Kontakt mit dem Kommutator 5 stehen, wie dies anhand
von 3 demonstriert ist, wodurch eine Verbesserung
der Drehgeschwindigkeit des Ankers 4 in dem Niedrigstrombereich
erzielt wird.
-
3 ist
ein Graph von Versuchsergebnissen, die eine Beziehung zwischen dem
Winkel C der Neigung der Seitenwände 12a der
Nuten 12 in der Richtung, in welcher der Federdruck wirkt
und zwar auf die Bürsten 6 und
der Geschwindigkeit des Ankers 4 wiedergeben und zwar ohne
jegliche Last in dem Niedrigstrombereich. Der Graph zeigt, dass
die Verbesserung hinsichtlich der Geschwindigkeit des Ankers 4 stark
erhöht
wird, wenn der Winkel C innerhalb eines Bereiches von 20° bis 70° liegt und
maximal wird, wenn der Winkel C innerhalb eines Bereiches von 30° bis 55° liegt.
-
Es
kann auch lediglich eine der Seitenwände 12a von jeder
der Nuten 12 in dem Winkel C von 20° bis 70° geneigt sein, in bevorzugter
Weise in einem Bereich von 30° bis
55°. In
diesem Fall wurde herausgefunden, dass die Verbesserung hinsichtlich
der Geschwindigkeit des Ankers 4 von dem oben angegebenen
in Graden verschieden ist, jedoch ein Maximum erreicht, wenn der
Winkel C innerhalb eines Bereiches von 30° bis 55° liegt.
-
4 veranschaulicht
die Bürsten 6 und
den Kommutator 5, die in dem Anlassermotor 1 gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung installiert sind.
-
Die
Weite oder Breite B von jeder der Bürsten 6, das heißt der Abstand
zwischen sich gegenüberliegenden
Seiten der Bodenfläche
(im Folgenden auch als eine Gleitober fläche bezeichnet) der Bürste 6,
die in Gleitkontakt mit der Oberfläche des Kommutators 5 platziert
ist, ist in der axialen Richtung des Kommutators 5 definiert
(das heißt
der lateralen Richtung in der Zeichnung) und eine Gesamtweite L, die
aus der Summe aus den Weiten A der oberen Oberflächen 12b der Rippen
gebildet ist, wie diese durch die Nuten 12 des Kommutators 5 definiert
sind, innerhalb der Weite B sind so ausgewählt, dass sie eine Beziehung
gemäß L/B ≤ 1/2 erfüllen. In
dem veranschaulichten Fall liegt die Gesamtweite L bei 6 × A, da
innerhalb der Weite B sechs der oberen Oberflächen 12b der Rippen
liegen.
-
Die
Gleitoberfläche
von jeder der Bürsten 6 ist
bearbeitet, sodass sie eine ebene Fläche bildet, die konkav gekrümmt ist
und eine konkave Form in Richtung der Drehung des Kommutators 5 aufweist, wie
dies in 5 veranschaulicht ist, bevor
sie in den Anlassermotor 1 installiert wird. Die Krümmung der Gleitfläche ist
im Wesentlichen identisch mit derjenigen des Umfanges des Kommutators 5.
Mit anderen Worten besitzt die Gleitoberfläche keine Unregelmäßigkeiten
vor einem Verschleiß,
der durch das Gleiten derselben auf der Oberfläche des Kommutators 5 entsteht.
-
Die
Ecken 12c der Rippen, die jeweils durch eine Grenze zwischen
einer der oberen Oberflächen 12b der
Rippen und einer benachbarten einen der Seitenwände 12a definiert
sind, ist scharf gerundet und zwar gemäß einem Krümmungsradius von 0,1 mm oder
noch weniger. Spezifischer gesagt ist jede der Ecken 12c so
ausgebildet, dass sie eine relativ große Krümmung aufweist (das heißt einen
relativ kleinen Krümmungsradius).
-
Die
Gleitoberfläche
von jeder der Bürsten 6 ist,
wie oben beschrieben wurde, so gestaltet, dass sie mit der Kontur
des Kommutators 5 in der Umfangsrichtung desselben übereinstimmt,
wodurch ein physikalischer Kontakt der gesamten Gleitoberfläche mit
der Kommutatoroberfläche
in der Richtung der Gleitbewegung der Bürsten 6 sichergestellt
wird.
-
Die
Weite B von jeder der Bürsten 6 und
die Gesamtweite L der oberen Oberflächen 12b der Rippen
auf dem Kommutator 5, die so ausgewählt sind, dass sie der Beziehung
L/B ≤ 1/2
entsprechen, führt zu
einer anfänglichen
Ausübung
eines Federdruckes auf die Gleitoberfläche von jeder der Bürsten 6,
der um das Zweifache oder Mehrfache größer ist als derjenige Druck,
der auftritt, wenn die Gleitoberfläche der Bürste 6 verschlissen
ist, sodass sie mit den Nuten 12 übereinstimmt, wodurch eine
Stabilität
der Anlage der Bürsten 6 an
dem Kommutator 5 sichergestellt wird. 6 gezeigt
einen Graphen, der die experimentellen Ergebnisse demonstriert,
die eine Beziehung zwischen der Verbesserung der Geschwindigkeit
des Ankers 4 und der Gesamtweite L der oberen Oberflächen 12b veranschaulicht,
wenn der Anlassermotor 1 in Drehung versetzt wird ohne
dass an diesem eine Last hängt
und zwar in dem Niedrigstrombereich. Der Graph zeigt, dass die Verbesserung hinsichtlich
der Geschwindigkeit des Ankers 4 stark ansteigt bevor die
Gleitoberfläche
von jeder der Bürsten 6 eng
mit den Nuten 12 in Übereinstimmung
gelangt ist.
-
Die
scharf gestalteten Ecken 12c dienen dazu die Übereinstimmung
der Gleitoberfläche
von jeder der Bürsten 6 in
dem Minimalzustand mit den Nuten 12 des Kommutators 5 in Übereinstimmung
zu bringen bzw. diese Übereinstimmung
zu vereinfachen, wodurch die Stabilität des Gleitkontaktes dazwischen
innerhalb einer reduzierten Zeit sichergestellt wird.
-
Andere
Anordnungen sind identisch mit denjenigen der ersten Ausführungsform
und eine Erläuterung
derselben in Einzelheiten wird daher hier weggelassen.
-
7 zeigt
eine Teil-Schnittansicht, welche die Bürsten 6 und den Anker 4 gemäß der dritten Ausführungsform
der Erfindung wiedergibt, die in dem Anlasser 1 installiert
sind, wie in 1 dargestellt.
-
Der
Anker 4 umfasst einen Kommutator 5, der sich senkrecht
zur Achse der Ankerwelle 7 erstreckt. Spezifischer gesagt
ist ein Abschnitt von jeder der Ankerwicklungen 9, der
sich von einem der Schlitze 12 des Ankerkernes 8 nach
außen
hin erstreckt, parallel zu einer Endfläche des Ankerkernes 8 angeordnet,
um eines der Kommutatorsegmente 10 zu bilden.
-
Die
Ankerwicklungen 9 sind aus vielen Kombinationen von unteren
Wicklungsschichten 90 und oberen Wicklungsschichten 91 in
den Schlitzen 20, die in dem Ankerkern 8 ausgebildet
sind, gebildet. Jede der unteren Wicklungsschichten 90 besitzt
einen geradlinigen Abschnitt. In ähnlicher Weise besitzt jede
der oberen Wicklungsschichten 91 einen geradlinigen Abschnitt.
Jeder der geradlinigen Abschnitte ist so verlegt, dass er sich mit
einem der geradlinigen Abschnitte innerhalb eines der Schlitze 20 überlappt.
Ein Ende von jeder der unteren Wicklungsschichten 90 erstreckt
sich von einem der Schlitze 20 nach außen hin und ist mit einem Ende
von einer der oberen Wicklungsschichten 91 verbunden, welche sich
aus einem anderen der Schlitze 20 heraus erstreckt. Solch
eine Verbindung wird erreicht nachdem die oberen und die unteren
Wicklungsschichten 91 und 90 in die Schlitze 20 eingesetzt
wurden und innerhalb des Ankerkernes 8 angeordnet wurden.
-
Jede
der oberen Wicklungsschichten 91 besitzt ein Wicklungsende 91a,
welches sich von dem geradlinigen Abschnitt aus fortsetzt, der in
dem Schlitz 20 angeordnet ist. Das Wicklungsende 91a erstreckt
sich aus dem Schlitz 20 heraus und zwar parallel zu der
Endwand des Ankerkernes 8 und zwar im Inneren und dient
als eines der Kommutatorsegmente 10. Die Kommutatorsegmente 10 sind
umfangsmäßig von
der Endwand des Ankerkernes 8 angeordnet. Die Anordnung
der Kommutatorsegmente 10 besitzt eine Hauptfläche (das
heißt
die Kommutatoroberfläche,
die gemäß der Darstellung
in 7 nach rechts hinweist), auf welcher die Bürsten 6 reiten
oder gleiten. Jede der Bürsten 6 wird ähnlich wie bei
der ersten Ausführungsform
durch einen Bürstenhalter
(nicht gezeigt) in Lage gehalten und wird durch eine Bürstenfeder
(nicht gezeigt) in konstanter Anlage mit der Kommutatoroberfläche gedrückt. Eine Kombination
aus jedem Bürstenhalter
und jeder Bürstenfeder
kann aus einer bekannten Konstruktion bestehen und eine detaillierte
Erläuterung
derselben wird daher hier weggelassen.
-
Die
Rippen sind gemäß der Darstellung
in 7 durch die Nuten 12 festgelegt, die
in der Kommutatorfläche
ausgebildet sind, um geschlossene Schleifen zu bilden. Die Rippen
liegen wenigstens innerhalb eines Bereiches, in welchem die Bürsten 6 auf
der Kommutatoroberfläche
gleiten. Die Nuten 12 erstrecken sich koaxial mit der Achse
der Ankerwelle 7 in gleichen Intervallen zueinander.
-
Jede
der Seitenwände 12a der
Nuten 12 (das heißt
der Rippen) ist gemäß der Darstellung
in 8 in Bezug auf die axiale Richtung des Ankerkernes 8 geneigt.
Spezifischer gesagt erstreckt sich jede der Seitenwände 12a in
einem Winkel C in eine Richtung, in welcher der Druck, der durch
jede der Federn ausgeübt
wird, auf eine der Bürsten 6 wirkt.
Der Winkel C ist ähnlich
wie bei der ersten Ausführungsform in
bevorzugter Weise so festgelegt, dass er in einem Bereich von 20° bis 70° fällt, oder
bevorzugter in einem Bereich von 30° bis 55° liegt.
-
Die
Rippen (das heißt
die Nuten 12) der Kommutatoroberfläche dienen dazu, eine Stabilität der Anlage
der Bürsten 6 an
der Oberfläche
des Kommutators 5 sicherzustellen, wodurch die Wirkungen
der Spannungskommutierung erhöht
werden, was die Drehgeschwindigkeit des Ankers 4 innerhalb des
Niedrigstrombereiches verbessert und zwar ohne Verwendung von Hilfspolen,
die bei bekannten Konstruktionen installiert sind.
-
In
dem Hochstrombereich nimmt die Stromdichte in den Bürsten 6 zu,
wodurch die oben beschriebenen Wirkungen der Spannungskommutierung
reduziert werden, sodass die Ausgangsleistung des Anlassermotors 1 identisch
wird mit derjenigen von typischen Anlassermotoren.
-
Die
Neigung der Seitenwände 12a der
Nuten 12 in der Richtung oder Orientierung des Federdruckes,
der auf die Bürsten 6 wirkt,
erhöht
den Wirkungsgrad bei der Ausübung
des Federdruckes auf die Seitenwände 12a,
was zu einer Stabilisierung der Gleitbewegung der Bürsten 6 in
Kontakt mit dem Kommutator 5 führt, um eine Verbesserung der
Drehgeschwindigkeit des Ankers 4 in dem Niedrigstrombereich
zu erhöhen.
-
Der
Anlassermotor 1 der dritten Ausführungsform kann ausgelegt sein,
dass er die Konstruktion der zweiten Ausführungsform besitzt. Spezifischer
gesagt kann die Weite B von jeder der Bürsten 6 und kann die
Gesamtweite L, das heißt
die Summe aus den Weiten A der oberen Oberflächen 12b der Rippen,
wie diese durch die Nuten 12 des Kommutators 5 definiert
sind, innerhalb der Weite B so ausgewählt werden, dass die Beziehung
gemäß L/B ≤ 1/2 erfüllt wird.
-
Die
Gleitoberfläche
von jeder der Bürsten 6 ist
gemäß der Darstellung
in 9 so bearbeitet, dass sie eben ist oder eine flache
Fläche
bildet, bevor diese in den Anlassermotor 1 installiert
wird, das heißt
bevor ein Verschleiß durch
den Gleitvorgang auf der Oberfläche
des Kommutators 5 stattfindet. Spezifischer gesagt ist
die Gleitoberfläche
von jeder der Bürsten 6 eben
gestaltet und ist in Übereinstimmung
mit der Kontur der Oberfläche
des Kommutators 5 ausgebildet, gesehen in einer Radiusrichtung derselben.
-
Um
erneut auf 9 einzugehen, sind die Ecken 12c der
Rippen, von denen jede durch eine Grenze zwischen einer der oberen
Oberflächen 12b der
Rippen und einer benachbarten einen der Seitenwände 12a definiert
ist, scharf mit einem Krümmungsradius
von 0,1 mm oder noch weniger abgerundet, wodurch die Übereinstimmung
der Gleitoberfläche
von jeder der Bürsten 6 bei
dem minimalen Zustand der Nuten 12 des Kommutators 5 vereinfacht wird
und eine Stabilität
des Gleitkontaktes zwischen diesen in einer reduzierten Zeit sichergestellt
wird.
-
Der
Gleichstrommotor nach der Erfindung wird als Anlassermotor 1 in
jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen verwendet, kann
jedoch auch bei irgendwelchen anderen Typen von Motoren zur Anwendung
gelangen, die Permanentmagnete als Feldmagnete enthalten. Der Anlassermotor 1 der dritten
Ausführungsform
kann so ausgelegt sein, dass er Kommutatorsegmente 10 enthält, die
aus Materialien hergestellt sind, die von den Wicklungsenden 91a der
oberen Wicklungsschichten 91 getrennt sind.
-
Während die
vorliegende Erfindung in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen
offenbart wurde, um das Verständnis
derselben zu vereinfachen, sei darauf hingewiesen, dass der Gegenstand
der vorliegenden Erfindung auch auf vielfältige Weise realisiert werden
kann, ohne dabei das Prinzip der Erfindung zu verlassen. Die vorliegende
Erfindung umfasst daher alle möglichen
Ausführungsformen
und modifizierten Ausführungsformen
von den dargestellten Ausführungsformen,
die realisiert werden können, ohne
den Rahmen der Erfindung zu verlassen, wie er sich aus den anhängenden
Ansprüchen
ergibt.