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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Kommutator und insbesondere die Verbindung zwischen dem Kommutator und einem Rotorkern des Motors.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bei einem Kommutatormotor hat der Rotor normalerweise eine Welle, einen an der Welle befestigten Rotorkern, einen Kommutator, der dem Rotorkern benachbart an der Welle befestigt ist, und eine Anzahl von Spulen, die um den Rotorkern gewickelt sind. Der Kommutator hat eine Basis und eine Anzahl von Kommutatorstäben, die an der Basis befestigt sind. Die Spulen sind mit den entsprechenden Kommutatorstäben verbunden. Bei einem bisherigen Rotor ist die Kommutatorbasis durch ein Haftmittel wie beispielsweise Kleber an dem Rotorkern befestigt. Da jedoch die Montage einen Schritt erfordert, in dem der Kleber aufgetragen wird, und einen Schritt, in dem der Kleber trocknen muss, wird die Produktivität herabgesetzt. Ein weiterer Aspekt ist, dass es beim Einsatz des Motors in einer bestimmten Umgebung, zum Beispiel in einer kohlegasreichen Umgebung, vorkommen kann, dass der Kleber sich verflüchtigt und an der Oberfläche der Kommutatorstäbe anhaftet. Dies kann zu einem Ausfall des Motors führen.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen neuartigen Rotor anzugeben, bei dem die Produktivität höher ist und der unter bestimmten speziellen Umständen korrekt arbeiten kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Dementsprechend wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Motor angegeben, umfassend: einen Stator mit Magnetpolen; eine Mehrzahl von Motoranschlüssen für die Verbindung mit einer Stromquelle; eine Mehrzahl von Bürsten und einen in dem Stator drehbar aufgenommenen Rotor, wobei der Rotor umfasst: einen Rotorkern mit einer Mehrzahl von Polkörpern, die sich im Wesentlichen radial nach außen erstecken wobei jeder Polkörper eine Verbindungsfläche an einem axialen Ende des Rotorkerns hat; einen Kommutator mit einer Basis zum Stützen einer Mehrzahl von Kommutatorstäben, die sich mit den Bürsten in Gleitkontakt befinden, wobei die Basis eine Mehrzahl von Verbindungsarmen hat, die sich im Wesentlichen radial nach außen erstrecken und mit den Verbindungsflächen der entsprechenden Polkörper in Kontakt befinden; und eine Mehrzahl von Spulen, die um die Polkörper gewickelt und mit den Kommutatorstäben verbunden sind, wobei mindestens zwei der Spulen um einen entsprechenden Polkörper und den Verbindungsarm, der sich mit der Verbindungsfläche des entsprechenden Polkörpers in Kontakt befindet, herumgewickelt sind.
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Vorzugsweise ist die Anzahl von Verbindungsarmen gleich der Anzahl von Polkörpern.
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Vorzugsweise sind die Verbindungsarme in der Umfangsrichtung des Rotors gleichmäßig angeordnet.
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Vorzugsweise ist die Breite des Verbindungsarms in der Umfangsrichtung des Rotors im Wesentlichen gleich der Breite des Polkörpers.
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Vorzugsweise umschließt ein ringförmiger Varistor die Kommutatorstäbe und ist mit denselben elektrisch verbunden.
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Vorzugsweise ist ein Haltering dicht sitzend über ein Ende der Kommutatorstäbe geschoben, um die Kommutatorstäbe an der Kommutatorbasis zu fixieren.
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Vorzugsweise ist der Varistor durch eine Mehrzahl von leitenden Erstreckungsbereichen, die sich von den jeweiligen Kommutatorstäben radial nach außen erstrecken, gestützt und mit denselben verbunden und umschließt den Haltering radial.
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Vorzugsweise hat der Rotorkern in seiner dem Kommutator zugewandten axialen Endfläche eine Nut, und der Kommutator hat einen in Richtung auf den Rotorkern ragenden Vorsprung, der in der Nut aufgenommen ist, um den Kommutator relativ zu dem Rotorkern zu positionieren.
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Wahlweise hat der Rotorkern einen im Wesentlichen rohrförmigen Fuß, der einen Teil der Welle fest umschließt, wobei sich die Polkörper von dem Fuß erstrecken, eine Mehrzahl von Nuten in einem der Welle benachbarten axialen Ende des Fußes gebildet ist und die Kommutatorbasis eine Mehrzahl von Vorsprüngen aufweist, die in den Nuten aufgenommen sind.
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Wahlweise oder zusätzlich hat der Rotorkern einen im Wesentlichen rohrförmigen Fuß, der einen Teil der Welle und eine Mehrzahl von Polköpfen fest umschließt, wobei sich die Polkörper von dem Fuß zu den jeweiligen Polköpfen erstrecken, in jedem Anschluss zwischen dem jeweiligen Polkörper und dem entsprechenden Polkopf eine Nut gebildet ist und die Kommutatorbasis eine Anzahl von Vorsprüngen hat, die jeweils in den Nuten aufgenommen sind.
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Wahlweise oder zusätzlich hat der Rotorkern einen im Wesentlichen rohrförmigen Fuß, der einen Teil der Welle fest umschließt, wobei sich die Polkörper von dem Fuß erstrecken und wobei an der Kommutatorbasis gebildete Vorsprünge sich mit einer radial äußeren Fläche des Fußes zwischen benachbarten Polkörpern in Kontakt befinden, um den Kommutator und in Umfangsrichtung mit dem Rotorkern auszurichten.
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Vorzugsweise umfasst der Stator: eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die die Magnetpole bilden; eine Gehäuse zur Aufnahme der Permanentmagnete und eine Endkappe, die ein Ende des Gehäuses im Wesentlichen verschließt, wobei die Endkappe eine Endplatte und zwei Vorsprünge hat, die sich an voneinander beabstandeten Stellen von der Endplatte senkrecht erstrecken und an eine Innenwand des Gehäuses stoßen, wobei jeder Vorsprung einen Schlitz aufweist, der einen jeweiligen Motoranschluss und eine Ende einer entsprechenden Bürste aufnimmt.
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In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird der Kommutator während des bei der Herstellung eines Motors wesentlichen Schritts der Wicklung der Spulen an dem Rotorkern befestigt. Daher sind die Schritte zum Kleben und Trocknen des Klebers nicht mehr notwendig. Im Vergleich zu bisherigen Motoren, die unter dem Technischen Hintergrund beschrieben wurden, ist die Produktivität bei dem erfindungsgemäßen Motor daher relativ hoch.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr anhand von Beispielen erläutert, wobei auf die Figuren der 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 Merkmalen, die in den Figuren dargestellt sind, 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 zeigt einen Motor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine zum Teil auseinandergezogenen Darstellung des Motors von 1;
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3 zeigt einen Rotor des Motors von 2 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 ist eine zum Teil auseinandergezogenen Darstellung des Rotors von 3;
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5 zeigt eine Kommutatorbasis, die Teil des Rotors von 4 ist;
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6 zeigt eine Kommutatorbasis gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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7 ist ähnlich wie 3 eine Ansicht eines Rotors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es wird auf die 1 und 2 Bezug genommen. Ein erfindungsgemäßer Motor 1 hat einen Stator 8 und in einen in dem Stator 8 aufgenommenen Rotor 30. Der Stator 8 hat ein Gehäuse 10, eine Anzahl von Permanentmagneten 20, eine Endkappe 40 und zwei Bürsten 50. Das Gehäuse 10 ist im Wesentlichen becherförmig, und sein Boden definiert eine erste Öffnung für die Aufnahme eines ersten Lagers 12. Die Permanentmagnete 20 sind im Wesentlichen gekrümmte Platten und sind an gegenüberliegenden Seiten einer Innenfläche des Gehäuses 10 befestigt, wobei sie zwischen sich einen Raum für den Rotor 30 bilden. Die Magnete werden durch Magnetfedern an der Innenfläche des Gehäuses gehalten.
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Es wird auf die 3 bis 5 Bezug genommen. Der Rotor 30 hat eine Welle 32, einen Rotorkern 34, einen Kommutator 35 und eine Anzahl von Spulen 39 (wovon in den Figuren lediglich eine Spule gezeigt ist).
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Der Rotorkern 34 hat einen im Wesentlichen rohrförmigen Fuß 34a, der eng sitzend an der Welle 32 befestigt ist, eine Anzahl von Polkörpern 34b, die sich von dem Fuß 34a radial erstrecken, und eine Anzahl von bogenförmigen Polköpfen 34c, die mit den distalen Enden der entsprechenden Polkörper 34b verbunden sind. Jeder Polkörper 34b hat an seinem axialen Ende eine Verbindungsfläche 34d. Der Rotorkern ist vorzugsweise aus einer Anzahl von aufeinandergeschichteten Lamellen aus Elektrostahlblech gebildet.
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Der Kommutator 35 hat eine Kommutatorbasis 36, eine Anzahl von Kommutatorstäben 37 und einen Haltering 38. Die Basis 36 hat einen im Wesentlichen rohrförmigen Verbindungsbereich 36a, einen im Wesentlichen rohrförmigen Befestigungsbereich 36b, der mit dem Verbindungsbereich 36a nebeneinandergeordnet ist, und eine Anzahl von Verbindungsarmen 36c. Der Verbindungsbereich 36a hat eine Lagerfläche 36d, die dem Befestigungsbereich 36b abgewandt ist. Der Außendurchmesser des Verbindungsbereichs 36a ist größer als der des Befestigungsbereichs 36b. Die Verbindungsarme 36c erstrecken sich entsprechend den jeweiligen Polkörpern 34b radial von einem von dem Befestigungsbereich 36b entfernten Ende des Verbindungsbereichs 36a. Die Verbindungsarme 36c bedecken die entsprechenden Lagerflächen 36d. Die Stäbe 37 sind gleichmäßig um die Außenfläche des Befestigungsbereichs 36b angeordnet. Der Haltering 38 umschließt ein Ende der Stäbe 37, um die Stäbe 37 an der Basis 36 festzulegen.
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Jede Spule 39 ist um einen entsprechenden Polkörper 34b und den Verbindungsarm 36c gewickelt, der die Verbindungsflächen 34d dieses Polkörpers 34b bedeckt. Auf diese Weise ist die Basis 36 an dem Rotorkern 34 befestigt. Während des Wickelns zwingt die Spule 39 den Verbindungsarm 36c zur Ausrichtung mit der Verbindungsfläche 34d des Verbindungsarms 36c.
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Es wird auf 2 Bezug genommen. Die Endkappe 40 hat eine Endplatte 42, zwei Vorsprünge 44, die sich an voneinander beabstandeten Stellen von der Endplatte im Wesentlichen senkrecht und im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken, und zwei Motoranschlüsse 46. Die Endplatte 42 definiert eine zweite Öffnung für die Aufnahme eines zweiten Lagers 43. Jeder Vorsprung 44 definiert einen Schlitz 45. Jeder Motoranschluss 46 ist durch die Endplatte 42 hindurchgeführt, und eines seiner Enden ist in einem entsprechenden Schlitz 45 aufgenommen.
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Jede Bürste 50 hat einen Befestigungsbereich 52 und einen Kontaktbereich 54. Der Befestigungsbereich 52 ist in einem entsprechenden Schlitz 45 montiert und befindet sich elektrisch mit einem entsprechenden Motoranschluss 46 in Kontakt, wobei der Kontaktbereich 54 frei bleibt und sich normalerweise in Richtung auf die Achse des Motors erstreckt.
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Bei der Montage wird der Rotor 30 in dem Gehäuse 10 angeordnet, wobei ein Ende der Welle 32 in dem ersten Lager 12 aufgenommen wird. Die beiden Kontaktbereiche 54 der Bürsten drücken an die Kommutatorstäbe 37. Die beiden Vorsprünge 44 werden engsitzend in der Öffnung des Gehäuses 10 angeordnet, während das andere Ende der Welle 32 in dem zweiten Lager 43 aufgenommen wird. Dadurch wird der Rotor in dem Gehäuse 10 drehbar aufgenommen, und der Rotorkern 34 wird von den Permanentmagneten 20 umschlossen.
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In der vorstehenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Kommutator 35 während des Schritts der Wicklung der Spulen 39 an dem Rotorkern 34 montiert. Da die Wicklung bei der Herstellung eines Motors ein notwendiger Schritt ist, werden die Schritte des Klebens und des Trocknens des Klebers nicht mehr benötigt. Aus diesem Grund ist die Produktivität bei dem erfindungsgemäßen Motor relativ hoch im Vergleich zu einem früheren Motor, der unter dem Technischen Hintergrund beschrieben wurde. Ein weiterer Aspekt ist, dass es beim Einsatz des Motors in einer speziellen Umgebung wie beispielsweise einer Umgebung, die eine beachtliche Menge an Kohlegas enthält, nicht mehr zu Ausfällen kommt, die durch die Verwendung eines Haftmittels bedingt sind.
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Es wird auf die 4 und 5 Bezug genommen. Vorzugsweise definiert ein axiales Ende des Fußes 34a eine Anzahl von Nuten 34e, die der Welle 32 benachbart sind. Die Basis 36 hat ferner eine entsprechende Anzahl von ersten Vorsprüngen 36e, die von der Lagerfläche 36d des Verbindungsbereichs 36a vorspringen. Die ersten Vorsprünge 36e sind in entsprechenden ersten Nuten 34c aufgenommen. Dadurch kann die Basis 36 auf den Rotorkern 34 ausgerichtet werden, ehe die Wicklung der Spulen 39 erfolgt.
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Es wird auf 6 Bezug genommen. In weiteren Ausführungsformen, in denen der Rotorkern 34 zur Positionierung der Lamellen des Rotorkerns 34 eine Anzahl von zweiten Nuten in den Anschlüssen zwischen jedem Polkörper 34b und dem entsprechenden Polkopf 34c hat, kann die Basis wahlweise eine Anzahl von zweiten Vorsprüngen 36f aufweisen, die sich von den Verbindungsarmen 36c erstrecken. Die zweiten Vorsprünge 36f sind in den zweiten Nuten 34f aufgenommen, was der Positionierung des Kommutators hinsichtlich des Rotors vor Herstellung der Wicklung dient. Die zweiten Vorsprünge können die ersten Vorsprünge ersetzen oder ergänzen.
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Es wird auf 7 Bezug genommen. Da zwischen benachbarten Polkörpern 34b Spulenschlitze 34g (Nuten) für die Aufnahme der Spulen 39 definiert sind, kann die Basis 36 wahlweise eine Anzahl von dritten Vorsprüngen 36g aufweisen, die axial von dem Verbindungsbereich 36a vorspringen. Die dritten Vorsprünge 36g sind in den Spulenschlitzen 34g aufgenommen und befinden sich in engem Kontakt mit der Außenfläche des Fußes 34c zwischen benachbarten Polkörpern 34b, um die Basis vor dem Wickeln der Spulen hinsichtlich des Rotorkerns zu positionieren. Vorzugsweise ersetzen die dritten Vorsprünge die ersten und die zweiten Vorsprünge, schließen jedoch nicht aus, dass weitere Vorsprünge vorhanden sind.
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Zusammenfassend kann die Basis 36 vor dem Wickeln der Spulen 39 hinsichtlich des Rotors positioniert werden, solange der Rotorkern 34 mindestens eine Nut 34e, 34f oder 34g für die Aufnahme mindestens eines Vorsprungs 36e, 36f oder 36g hat.
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Vorzugsweise ist die Breite des Verbindungsarms 36c in der Umfangsrichtung des Motors im Sinne einer besseren Ausrichtung des Verbindungsarms 36c mit dem Polkörper 34b im Wesentlichen gleich jener des Polkörpers 34b. Dadurch sorgen die Verbindungsarme 36c auch für einen Schutz des Spulendrahts vor den Kanten des Rotors während des Wickelns.
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Es wird auf 4 Bezug genommen. Der Kommutator 35 hat ferner eine Anzahl von leitenden Erstreckungsbereichen 37a, die sich von den Stäben 37 radial nach außen erstrecken, und einen ringförmigen Varistor 33. Der Varistor 33 umschließt den Haltering 38 und wird durch die Erstreckungsbereiche 37a gestützt und ist mit denselben elektrisch verbunden, um ein von dem Motor erzeugtes Elektrorauschen zu unterdrücken.
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Es versteht sich, dass die Basis 36 an den Stäben 37 angeformt sein kann. In diesem Fall kann der Haltering 38 entfallen.
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In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist jeder Polkörper 34b mit einem Verbindungsarm 36c angeordnet, um eine Trennung zwischen der Basis 36 und dem Rotorkern 34 zu verhindern. In anderen Ausführungsformen ist es jedoch nicht notwendig, dass jeder Pol durch einen Verbindungsarm bedeckt ist, speziell wenn die Anzahl von Polkörpern groß ist. Wenn der Rotor beispielsweise sechzehn Polkörper hat, genügt es, wenn die Basis lediglich 8, 4 oder auch nur zwei Verbindungsarme 36c hat, die gleich beabstandet und an den entsprechenden Polkörpern befestigt sind.
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Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Abwandlungen in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung 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 mit Bezug auf eine oder mehrere bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzrahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.
