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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft einen Elektromotor und insbesondere einen mehrpoligen
PMDC-Motor mit einer Bürstenkartenanordnung.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bei
Elektromotoren, speziell bei PMDC-Motoren mit vier oder mehr Statorpolen
ist normalerweise die gleiche Anzahl von Statorpolen und Bürsten vorhanden,
die mit einem Kommutator zusammenwirken, um den Rotorwicklungen
in der korrekten Sequenz Strom zuzuführen. Die Bürsten sind in zwei Gruppen
unterteilt, wobei alle Bürsten
innerhalb einer Gruppe elastisch miteinander verbunden sind. Einige der
jüngsten
Verbesserungen im Motordesign nutzen Ausgleicher oder elektrische
Verbindungen, um die verschiedenen Segmente des Kommutators zusammenzuschließen, so
zum Beispiel einander diametral gegenüberliegende Segmente eines
vierpoligen Motors, um die Anzahl der Bürstensätze zu verringern. Dies bedeutet
jedoch, dass die verbleibenden Bürsten
einen höheren
Strom führen
müssen,
was nicht immer möglich
oder wünschenswert
ist. Um die Verwendung von Ausgleichern zu vermeiden, werden die
Bürsten
elektrisch durch Anschlussdrähte
verbunden, die außerhalb
des Motors zusammengeschlossen sind. Dies gilt als unansehnlich
und unbeholfen. Eine Lösung
war das Einbringen von Metallstreifen durch eine Insert-Technik
in die Karte, die die Bürstenanordnungen
trägt,
und die Verbindung der Streifen mit den Motorklemmen oder sogar
die Bildung der Motorklemmen aus den Streifen, wobei die Bürstenanordnungen
normalerweise durch Bürsten-Shunts
mit dem entsprechenden Metallstreifen verbunden sind. Dies ist eine
relativ gute Lösung,
erfordert jedoch eine relativ große Bürstenkarte und ein teures Insert-Verfahren.
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Es
besteht daher der Wunsch nach einer einfachen Anordnung für die Verbindung
von einander zugeordneten Bürstenanordnungen
in einem mehrpoligen Motor, speziell einem vierpoligen PMDC-Motor.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein PMDC-Motor bereitgestellt,
umfassend: Motoranschlüsse;
einen Stator mit zumindest vier Statorpolen; einen bewickelten Rotor;
einen Bürstenträger für die Übertragung
von elektrischem Strom von den Motoranschlüssen zu dem Rotor, wobei der
Bürstenträger eine
Bürstenkarte
aufweist, die zwei Bürstengruppen
trägt,
deren jede mindestens zwei Bürsten
umfasst; und Verbindungselemente, die die Bürsten jeder Gruppe elektrisch
miteinander verbinden, wobei die Verbindungselemente flexible Drähte sind.
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Vorzugsweise
sind die flexiblen Drähte
einadrige, lackisolierte Drähte.
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Alternativ
dazu sind die flexiblen Drähte mehradrige
Drähte
mit PVC-Isolierung.
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Vorzugsweise
sind die flexiblen Drähte
Kupferdrähte.
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Vorzugsweise
sind die Verbindungselemente durch Verbinder mit Shunts der Bürsten verbunden, und
die Verbinder haben eine Einpressklemme für die Aufnahme der Verbindungselemente.
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Vorzugsweise
sind die Motoranschlüsse zwei
Anschlussdrähte,
und jeder Anschlussdraht ist mit einer betreffenden Bürstengruppe
verbunden, indem er mit einem der Shunts an den Verbinder gekrimpt
ist.
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Vorzugsweise
umfasst die Einpressklemme eine Öffnung
und mindestens zwei gekrümmte
Finger, die sich von der Öffnungskante
radial über
die Öffnung
und axial in Einschubrichtung erstrecken, wobei die Finger derart
ausgebildet sind, dass sie den Draht zwischen sich elastisch greifen,
um ein Herausziehen des Drahtes aus der Klemme zu verhindern.
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Vorzugsweise
haben die Verbindungselemente gelötete Spitzen an jedem Ende.
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Vorzugsweise
sind die Finger derart ausgebildet, dass sie Lötmittel von den gelöteten Spitzen schaben,
wenn die Spitzen an den Fingern vorbeigedrückt werden, wobei unter den
Fingern Lötmittel
angesammelt wird, um den Bereich des elektrischen Kontakts zwischen
dem Draht und dem Verbinder zu vergrößern.
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Vorzugsweise
hat die Bürstenkarte
eine Vielzahl von Kanälen,
und die Verbindungselemente sind in den jeweiligen Kanälen angeordnet.
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Vorzugsweise
sind die Kanäle
auf einer Seite der Bürstenkarte
gebildet, und der Verbinder ist auf der anderen Seite der Bürstenkarte
angeordnet, und die Verbindungselemente sind durch die Öffnungen in
der Bürstenkarte
hindurchgeführt
und kommunizieren mit den Kanälen,
für den
Eingriff in die Verbinder.
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Vorzugsweise
sind die Verbindungselemente in den Kanälen gefangen.
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Vorzugsweise
sind die Verbindungselemente in die Kanäle eingepresst.
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Vorzugsweise
umfasst jede Bürstenanordnung
ferner einen Bürstenführungsmechanismus zum
Führen
der Bürsten
in Richtung auf den Rotor. Jeder Führungsmechanismus umfasst ein
Paar von im Wesentlichen parallelen Schienen, die gleitbeweglich
in Nuten aufgenommen sind, die sich entlang der einander gegenüberliegenden
Seiten der Bürste erstrecken,
und eine Feder für
die elastische Beaufschlagung der Bürste entlang der Schienen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird nunmehr anhand eines Beispiels beschrieben, wobei
auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische
Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen,
tragen in sämtlichen
Figuren, in denen sie erscheinen, die gleichen Bezugszeichen. Die
Dimensionen von Komponenten und in den Figuren dargestellten Merkmalen
sind allgemein im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und
sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu.
Die Figuren sind im Folgenden aufgelistet.
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1 ist
eine isometrische Darstellung eines Elektromotors gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine isometrische Darstellung einer Bürstenkarte, die ein Teil des
Motors von 1 ist;
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3 ist
eine isometrische Darstellung der Bürstenkarte von 2 von
unten;
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4 ist
eine schematische Ansicht ähnlich wie 3,
wobei die Bürstenkarte
und verschiedene andere Komponenten entfernt wurden, um die Bürsten, die
Motoranschlüsse
und ihre Verbindungen miteinander darzustellen;
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5 ist
eine schematische Ansicht von Drähten,
die einen Teil der Verbindungen von 4 bilden;
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6 ist
eine isometrische Ansicht der bloßen Bürstenkarte von 2;
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7 ist
eine isometrische Ansicht eines Verbinders, der ein Teil der Bürstenkarte
von 2 ist; und
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8 ist
eine schematische Schnittansicht eines Teils des Verbinders von 7,
wobei die Verbindung mit einem Draht von 5 dargestellt
ist.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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1 zeigt
einen mehrpoligen PMDC-Motor 10 gemäß der vorliegenden Erfindung.
PMDC steht für
Permanentmagnet-Gleichstrommotor, wobei dieser Motor einen Permanentmagnetstator
hat, der ein magnetisches Gehäuse
aufweist, in dem entweder separate Permanentmagnetstücke oder
einzelne Magnete in Ringform angeordnet und magnetisiert sind, so
dass sie eine Anzahl von Magnetpolen bilden. Der Begriff mehrpolig
bezieht sich auf einen Motor, der vier oder mehr Statorpole aufweist.
Der Einfachheit halber ist der dargestellte Motor mit vier Statorpolen
beschrieben. Dennoch ist die Erfindung auf Motoren mit mehr als
vier Statorpolen anwendbar.
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Der
Motor hat eine Endkappe 12, die ein Ende des Gehäuses 11 verschließt, und
einen in dem Gehäuse 11 angeordneten
Rotor 13. Der Rotor hat eine Welle 14, die in
Lagern zapfengelagert ist. Der Rotor ist ein bewickelter Rotor mit
einem Rotorkern und mit einem an der Welle befestigen Kommutator, wobei
die Rotorwicklungen um den Rotorkern herumgeführt und mit dem Kommutator
verbunden sind. Zur Kühlung
des Motors kann an dem Rotor ein Ventilator befestigt sein. Motoranschlüsse 15,
die in Form von Anschlussdrähten
dargestellt sind, sind für
die Verbindung des Motors mit einer Stromquelle vorgesehen. Die
Endkappe 12 trägt
eine Bürstenkartenanordnung 20,
wobei die Endkappe die Bürstenkarte gegenüber dem
Gehäuse 11 festlegt.
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Die
Bürstenkartenanordnung 20 ist
in 2 dargestellt. Die Anordnung umfasst eine Bürstenkarte 21 mit
einer zentralen Öffnung 22 für die Aufnahme des
Kommutators. Die Bürstenkarte
trägt eine
Anzahl von Bürstenanordnungen,
in diesem Beispiel vier Bürstenanordnungen,
wobei einander diametral gegenüberliegende
Bürsten
eine Bürstengruppe
bilden.
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Jede
Bürstenanordnung
umfasst eine Bürste 30,
die mit dem Kommutator in Gleitkontakt tritt, einen Shunt 31,
der die Bürste
mit einem Verbinder 32 verbindet, und einen Bürstenführungsmechanismus. Der
Bürstenführungsmechanismus
umfasst eine Feder 33, die die Bürste elastisch in den Kontakt
mit dem Kommutator beaufschlagt, und Mittel zum Führen der
Bürste
zu dem Kommutator. Das Führungsmittel
kann ein standardmäßiger Bürstenkäfig sein, die
Feder selbst oder, wie in der bevorzugten Ausführungsform gezeigt, ein Paar
von Schienen 34, die in den Nuten 35 in der Bürste 30 angeordnet
sind und ermöglichen,
dass die Bürste
lediglich entlang der Schienen gleiten kann.
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Der
Verbinder 32 hat einen ersten Bereich 36 und einen
zweiten Bereich 37, wie das in 4 und 7 deutlicher
dargestellt ist. Der erste Bereich 36 ist für die Verbindung
mit dem Shunt 31 und, falls notwendig, mit einem Motoranschlussdraht 15 ausgebildet.
Er ist vorzugsweise eine Krimpklemme, die zylindrisch oder rohrförmig ist
und in welcher der Shunt und der Anschlussdraht angeordnet und dann
gekrimpt werden, um den Shunt und den Anschlussdraht elektrisch
und mechanisch an dem Verbinder festzulegen. Da nur zwei Anschlussdrähte vorhanden
sind, genügen
lediglich zwei Verbinder für
die Verbindung mit den Anschlussdrähten, nämlich einer pro Bürstengruppe.
Der zweite Bereich 37 bildet eine Einschubklemme mit einer
Durchgangsöffnung 38 und
einem Paar von Fingern 39, die sich von der Öffnungskante
radial nach innen und axial in Einschubrichtung erstrecken.
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Um
die Bürsten 30 einer
Bürstengruppe
elektrisch zusammenzuschließen,
erstrecken sich Verbindungselemente 40, die durch flexible
Drähte
gebildet werden, zwischen den Verbindern einer Bürstengruppe. Die Verbindungselemente 40 haben
gelötete Spitzen 41 oder
Endabschnitte, die in die Einschubklemmen des Verbinders hineingedrückt werden. Während die
gelöteten
Spitzen 41 in die Öffnung 38 gedrückt werden,
verformen sie die Finger elastisch, so dass sich die Finger auseinander
bewegen und die Spitzen 41 hindurchtreten lassen. Solchermaßen werden
die Spitzen von den Fingern elastisch gegriffen und an einem Herausziehen
gehindert. Versuche, die Spitzen herauszuziehen, bewirken, dass
sich die Finger in die Spitzen beißen. Während die Spitzen an den Fingern
vorbeigeschoben werden, schaben die Finger einen Teil des Lötmittels
von den Spitzen. Das abgeschabte Lötmittel sammelt sich unter
den Fingern und bildet eine größere Kontaktfläche zwischen den
Spitzen und den Fingern, wodurch der Kontaktwiderstand der solchermaßen gebildeten
Verbindung verringert wird. Der flexible Draht der Verbindungselemente
kann ein mehradriger PVC-isolierter Draht oder vorzugsweise ein
einadriger, lackisolierter Draht sein. Kupferdraht wird bevorzugt,
wenngleich andere Drahtarten wie beispielsweise Aluminiumdraht ebenso
geeignet sein können.
Dadurch, dass die Spitzen gelötet
sind, bleiben die Spitzen speziell bei einem mehradrigen Draht stärker unversehrt
und sind widerstandsfähiger
gegen eine Beschädigung,
wenn sie in die Einschubklemme eingeführt werden. Der einadrige Draht
des Verbindungselements 40 ist in 5 gezeigt
und ist bereits fertig für
die Montage an der Bürstenkarte
vorgeformt, wobei die Spitzen für den
Einschub in die Klemmen im rechten Winkel zum Drahtkörper gebogen
sind.
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3 zeigt
die Rückseite
zu der in 2 gezeigten Seite der Bürstenkartenanordnung 20.
Hier sind die Verbindungselemente 40 in den Kanälen 23 angeordnet
dargestellt, wobei sie Verbindungsöffnungen 24 (siehe 6)
miteinander verbinden, durch welche sich die Spitzen 41 erstrecken,
für den Eingriff
in die Verbinder 32. Die Verbindungselemente können in
den Kanälen
gefangen sein, vorzugsweise durch einen Presssitz in den Kanälen. Die
Verwendung von isolierten Verbindungselementen bedeutet, dass hinsichtlich
der Besorgtheit wegen eines Kurzschlusses eine größere Freiheit
für die
Anordnung der Verbindungselemente vorhanden ist, da sie quer unter
einer Bürstenanordnung
hindurchlaufen können,
wie das in 3 dargestellt ist. Dies ist
bei spritzgegossenen Verbindungselementen nicht möglich.
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Die
bloße
Bürstenkarte 21 ist
in 6 gezeigt. Die zentrale Öffnung 22 hat umfangsseitige Schlitze
für die
Bürsten,
wodurch der Öffnung 22 eine Kreuzform
verliehen wird. Anschlussöffnungen
sind für
den Durchtritt von Motoranschlüssen 15 vorgesehen.
Vier Stäbe 26 stützen und
halten die Federn 33. Vier Stege 27, die als umfangsseitige
Verlängerungen
der Bürstenkarte
erscheinen, werden zur Positionierung der Bürstenkarte in dem Gehäuse 11 verwendet
und kooperieren mit den Endkappen 12 zur Fixierung der
Bürstenkarte
in ihrer Lage.
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7 ist
eine vergrößerte Ansicht
der Verbinder 32, in denen die Einschubklemme mit zwei Fingern 39 versehen
dargestellt ist, die bogenförmig sind,
so dass sie sich besser an die Oberfläche der Spitzen der Verbindungselemente
anpassen. Die gekrümmte
Form der Finger schafft einen besseren Kontakt mit den Spitzen und
einen breiteren Bereich für
die Ansammlung des abgeschabten Lötmittels. Auch schaben sie
einen breiteren Lötmittelstreifen von
den Spitzen ab.
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Die
Ansammlung des abgeschabten Lötmittels
ist schematisch in der Schnittansicht von 8 gezeigt.
Wie dargestellt ist, füllt
das abgeschabte Lötmittel
einen Bereich zwischen den Fingern 39 und der Spitze 41.
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Auf
diese Weise schafft die vorliegende Erfindung eine einfache Lösung des
Problems des elektrischen Zusammenschlusses von Bürsten einer Bürstengruppe,
ohne die Notwendigkeit einer Umspritzung der Verbindungselemente.
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Verben
wir ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie
deren Abwandlungen in der Beschreibung und in den Ansprüchen sind
in einem einschließenden
Sinne zu verstehen. Sie geben an, dass das genannte Element vorhanden
ist, schließen jedoch
nicht aus, dass noch weitere Elemente vorhanden sind.
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Wenngleich
die Erfindung anhand einer oder mehrerer bevorzugter Ausführungsformen
beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass Modifikationen
möglich
sind und der Schutzrahmen der Erfindung somit durch die anliegenden
Ansprüche definiert
ist.
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Zum
Beispiel können
die als Anschlussdrähte
dargestellten und beschriebenen Motoranschlüsse andere Anschlussarten sein,
zum Beispiel Vaterklemmen, die integral als Teil der beiden Verbinder
ausgebildet sind.
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Ebenso
kann die Einschubklemme des Verbinders mehr oder weniger als zwei
Finger zum Abschaben und Greifen der Spitzen der Verbindungselemente
aufweisen.