DE102013108120A1

DE102013108120A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Vermindern von Geräuschen, Rauschen oder elektromagnetischen Störungen in einer Drehvorrichtung

Info

Publication number: DE102013108120A1
Application number: DE102013108120.7A
Authority: DE
Inventors: Tongjie Li; Qingbin Luo; Guowei Sun; Ying Chen; Huiting Zhong
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric SA
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2014-02-06
Also published as: CN103580434A; JP2014033611A; US20140159521A1

Abstract

Es werden Verfahren und Vorrichtungen zum Vermindern von elektromagnetischen Interferenzen (EMI) in Drehvorrichtungen offenbart. Eine beispielhafte Vorrichtung umfasst mehrere Bürsten (30, 30B, 30A, 30a, 30b) und einen Kommutator (10), der mehrere Kommutatorplatten (12, 12A, 12B, 13B) für den Kontakt mit den mehreren Bürsten umfasst, um elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln oder umgekehrt. Eine Bürste kann einen EMI-Unterdrückungsmechanismus (30, 38A, 38B) aufweisen, um willkürliche elektromagnetische Interferenzen zu vermindern, oder einen Filterkreis (400B), um den Gesamtpegel elektromagnetischer Interferenzen zu reduzieren. Ein EMI-Unterdrückungsmechanismus kann eine speziell ausgebildete Bürste umfassen, die dielektrische Eigenschaften oder mechanische Eigenschaften der Bürste nutzt, um elektromagnetische Interferenzen zu reduzieren. Ein Filterkreis kann einen Vollkondensatorfilterkreis umfassen, der keine Perlen oder Drosseln aufweist, um elektromagnetische Interferenzen zu reduzieren.

Description

VERWEIS AUF PARALLELE ANMELDUNGEN
Für vorliegende Anmeldung wird die Priorität der chinesischen Patentanmeldung Nr. 201210271268.X vom 31. Juli 2012 in Anspruch genommen, auf deren gesamten Inhalt hiermit verwiesen wird.
HINTERGRUND
Der bewegliche Teil bei einem Elektromotor ist der Läufer, der die Ausgangswelle des Motors dreht, um die mechanische Kraft zu liefern. Bei einem Bürstenmotor hat der Läufer normalerweise zwei Leiter, die elektrische Ströme führen, die mit dem Magnetfeld des Ständers Wechselwirken, um die Kräfte oder Drehmomente zu erzeugen, die die Ausgangswelle drehen. Der Ständer hat normalerweise entweder Wicklungen oder Permanentmagnete. Wicklungen sind Drähte, die in Spulen gelegt sind, die normalerweise um einen Kern (z. B. einen magnetischen Schichtkern aus Weicheisen) gewickelt sind, um Magnetpole zu bilden, wenn sie unter Strom gesetzt werden. Ein Kommutator hat einen Mechanismus, der sich mit der Motorausgangswelle dreht, um den Eingang von bestimmten Wechselstrom- oder Gleichstromsystemen zu schalten, umfassend Schleifringsegmente oder Kommutatorplatten (kollektiv ”Kommutatorplatten” oder ”Kommutatorplatte”), die voneinander isoliert sind.
Ein Gleichstrom-Bürstenmotor ist ein intern kommutierter Elektromotor, der für den Betrieb durch eine Gleichstromquelle ausgebildet ist. Eine Bürste ist eine Vorrichtung, die Strom zwischen stationären Drähten und sich bewegenden Elementen, meist der Läufer, leitet. Bei bestimmten Typen von Elektromotoren oder elektrischen Generatoren ist der Kommutator das bewegliche Element eines elektrischen Drehschalters, der die Stromrichtung zwischen dem Läufer und dem äußeren Stromkreis umgekehrt. Ein Motor erzeugt eine Drehkraft oder ein Drehmoment, indem die Stromrichtung in der beweglichen Spule des Ankers eines Motors gewendet wird. Ähnlich liefert ein Generator Gleichstrom an einen äußeren Stromkreis, indem der Anschluss der Spule an dem äußeren Stromkreis umgepolt wird.
Ein Bürstenmotor oder ein Generator zeigen verschiedene Nachteile wie beispielsweise das Auslösen eines Kurzschlusses während der Kommutation, wenn eine Bürste mit mehr als einer Kommutatorplatte in Kontakt ist, einen instabilen oder für die Stromleitung unzureichenden elektrischen Kontakt zwischen einer Bürste und einer Kommutatorplatte aufgrund von Vibrationen oder wenn die Bürste einen Spalt zwischen zwei benachbarten Kommutatorplatten durchquert, oder elektromagnetische Störungen aus verschiedenen Quellen. Die Vibrationen, das Rauschen, die elektromagnetischen Störungen oder der Kurzschluss können Variationen zum Beispiel der elektrischen Leitfähigkeit hervorrufen, die wiederum zum Beispiel verschiedene Charakteristiken der Drehvorrichtung negativ beeinflussen können.
Aus diesem Grund besteht Bedarf für einen verbesserten Motor oder Generator. Insbesondere ist einer der Vorteile der vorliegend beschriebenen Ausführungsformen, dass der Motor oder Generator wirksam gegen elektromagnetische Störungen geschützt oder abgeschirmt wird, dass die Möglichkeit der Verursachung eines Kurzschlusses während der verschiedenen Phasen der Kommutation verringert oder sogar eliminiert wird oder dass für einen elektrischen Kontakt gesorgt wird, der ausreichend ist, um Strom zu leiten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Verschiedene Ausführungsformen sind auf eine Drehvorrichtung gerichtet, die elektrische Energie (z. B. elektrischen Strom) in mechanische Energie (z. B. mechanische Drehkraft oder ein mechanisches Drehmoment) umwandeln soll oder umgekehrt. Eine beispielhafte Drehvorrichtung kann mehrere Bürsten und einen Kommutator umfassen, der für die Kommutation mehrere Kommutatorplatten für den Kontakt mit den mehreren Bürsten aufweist, um elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln oder umgekehrt. Eine Bürste kann in manchen Ausführungsformen einen EMI-Unterdrückungsmechanismus aufweisen, um einen ersten Teil elektromagnetischer Störungen zu reduzieren, zu unterdrücken oder auszufiltern. In diesen Ausführungsformen kann ein EMI-Unterdrückungsmechanismus eine speziell ausgebildete Bürste umfassen, die dielektrische Eigenschaften (z. B. spezifischer Widerstand, dielektrische Festigkeit etc.) oder mechanische Eigenschaften der Bürste (z. B. die auf der Theorie dünner Schalen basierende geometrische Form, das(die) Beziehung(en) zwischen Belastung und Festigkeit von Material(ien), die Dehngrenze(n) von Material(ien) etc.) wirksam nutzt, um elektromagnetische Störungen zu vermindern. Zusätzlich oder wahlweise kann eine Bürste in einigen Ausführungsformen einen Filterkreis aufweisen, um einen zweiten Teil von elektromagnetischen Störungen zu vermindern. Ein beispielhafter Filterkreis kann in einigen Ausführungsformen einen Vollkondensator-Filterkreis umfassen. In einigen dieser Ausführungsformen hat der Filterkreis keine Perlen oder Drosseln, um elektromagnetische Störungen zu vermindern, zu unterdrücken oder auszufiltern.
Darüber hinaus können Drehvorrichtungen, wie sie in der vorliegenden Anmeldung beschrieben sind, zum Beispiel einen Bürstenmotor oder einen Stromgenerator mit Kommutator und Bürsten umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein. In einigen der Ausführungsformen umfasst der Kommutator eine Mehrzahl von Kommutatorplatten oder Elementen (kollektiv Platten oder Platte), die in einer Winkelrichtung angeordnet sind, und die Bürsten bestehen aus elektrisch leitenden Materialien. In einigen Ausführungsformen hat eine Bürste eine geometrische Gestalt, die federnd ist, um Stößen oder Belastungen ohne wesentliche dauerhafte Verformung oder Ruptur standzuhalten. Es ist zu beachten, dass eine wesentliche dauerhafte Verformung stattfindet, wenn die Bürste ihre ursprüngliche Form so weit verliert, dass sie die beabsichtigten Funktionen, nämlich elektrischen Strom zwischen stationären Drähten und beweglichen Elementen (z. B. den Kommutatorplatten) zu leiten, nicht mehr erfüllen kann. In einigen Ausführungsformen hat eine Bürste eine geometrische Gestalt, die elastisch ist, so dass sie nach einer Verformung zum Beispiel durch Stoß oder Belastung in ihre ursprüngliche Gestalt zurückgestellt wird. Eine Bürste hat ein erstes Ende, an dem Leitungen oder Drähte befestigt sind, und ein zweites Ende, das für den Kontakt mit den Kommutatorplatten dient.
In einigen Ausführungsformen hat die Drehvorrichtung einen EMI-Unterdrückungsmechanismus (EMI = elektromagnetische Interferenz), der mit dem zweiten Ende einer Bürste wirkverbunden ist oder einen untrennbaren Teil desselben bildet. In einigen dieser Ausführungsformen umfasst der EMI-Unterdrückungsmechanismus oder das zweite Ende der Bürste ein gewölbtes, gekrümmtes oder serpentinenförmiges (im Folgenden kollektiv gekrümmt) Segment, das sich in einer von den Kommutatorplatten wegführenden Richtung krümmt oder wölbt. In einigen Ausführungsformen umfasst der EMI-Unterdrückungsmechanismus ein Material mit einem hohen spezifischen Widerstand. In einigen Ausführungsformen befindet sich zumindest ein Teil des zweiten Endes der Bürste in Kontakt mit den Kommutatorplatten und wird insofern als Kontaktbereich oder Kommutationsbereich (im Folgenden Kommutationsbereich) der Bürste bezeichnet. In einigen Ausführungsformen ist der EMI-Unterdrückungsmechanismus, der ein Material mit einem hohen spezifischen Widerstand umfasst, in dem Bereich oder in der Umgebung rund um den oder in der Nähe des Kommutationsbereichs verteilt.
Einige Ausführungsformen sind auf eine Drehvorrichtung gerichtet, die einen Filterkreis aufweist. In einigen dieser Ausführungsformen umfasst der Filterkreis einen oder mehrere geerdete Kondensatoren, Entstörkondensatoren, Sperrkondensatoren oder Bypass-Kondensatoren (nachstehend Entstörkondensatoren oder Entstörkondensator). In diesen Ausführungsformen wird das Rauschen, das durch ein oder mehrere Schaltungselemente (z. B. die Bürsten oder andere Schaltungselemente) verursacht wird, über den einen oder die mehreren Entstörkondensatoren geshunted, um dadurch seine Einflüsse zu reduzieren.
In einigen dieser Ausführungsformen bildet ein Entstörkondensator eine Leiterbahn für einen Impuls, der durch den Spannungsabfall über dem offenen Schaltkreis entsteht, und zwar wegen der raschen Abnahme des elektrischen Stroms, wenn der Schaltkreis geöffnet wird, um die Kontakte zu umgehen (z. B. wenn sich die Bürsten bei einem Bürstenmotor oder Generator von dem Kommutator lösen). In einigen dieser Ausführungsformen kann ein Sperrkondensator mit einem Resistor wirkmäßig in Reihe geschaltet sein, um elektromagnetische Störungen oder Funkfrequenzstörungen (nachstehend EMI) zu vermindern oder um Energie abzuleiten. In einigen dieser Ausführungsformen ist die Kondensator-Resistor-Kombination eine einzige Komponente, die einen Entstörkondensator und ein Resistor-Element umfasst.
In einigen Ausführungsformen ist das Rauschen eine Summierung ungewollter oder störender Energie aus natürlichen oder manchmal künstlich eingeführten Quellen (z. B. Kommutation in einem Bürstenmotor oder Generator aufgrund eines vorhandenen Spalts zwischen zwei benachbarten Kommutatorplatten, Schwankungen der Leitfähigkeit aufgrund von Variationen der Kontakte zwischen Bürsten und den Kommutatorplatten etc.). In einigen Ausführungsformen bezieht sich elektromagnetische Interferenz einerseits auf Störungen, Übersprechen, Kreuzkopplung, kapazitive Kopplung oder andere Funkfrequenzstörungen von einem speziellen Sender (oder Sendern) oder einer speziellen Quelle (oder Quellen). Gleichwohl sind die Begriffe ”Störgeräusch” und ”elektromagnetische Interferenz” durch die gesamte Anmeldung hindurch untereinander austauschbar, sofern nicht anders beansprucht oder angegeben.
Einige Ausführungsformen sind auf eine Drehvorrichtung gerichtet, die einen Kommutator und Bürsten aufweist. In einigen dieser Ausführungsformen umfasst der Kommutator mehrere Kommutatorplatten, deren jede eine dreidimensionale Gestalt mit mindestens einer konvexen Fläche hat, um den Kontakt zwischen den Kommutatorplatten und den Bürsten zu erleichtern. In einigen dieser Ausführungsformen umfasst der Kommutator mehrere Kommutatorplatten, deren jede eine dreidimensionale Gestalt mit mindestens einer ebenen Fläche hat, um den Kontakt zwischen den Kommutatorplatten und den Bürsten zu erleichtern. In einigen Ausführungsformen umfasst der Kommutator mehrere Kommutatorplatten, deren jede entlang der Längsrichtung einen Abschnitt in einer gerad- oder schrägzylindrischen Form hat. In einigen dieser Ausführungsformen können die ”konvexe” Fläche oder die im Wesentlichen zylindrische Fläche für den direkten Kontakt mit den Bürsten verwendet werden, um elektrische Ströme zu leiten.
Es sollte beachtet werden, dass der Begriff ”im Wesentlichen” oder ”wesentlich”, wie zum Beispiel in der Formulierung ”im Wesentlichen zylindrische Form”, in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, um zum Ausdruck zu bringen, dass bestimmte Merkmale, auch wenn sie so konzipiert oder gedacht sind, nicht vollkommen (z. B. vollkommen zylindrisch) sind, da Fertigungs- und Herstellungstoleranzen, eine durch Herstellungstoleranzen oder normalen Verschleiß bedingte Lockerheit bei verschiedenen Anschlussteilen oder Baugruppen oder Kombinationen solcher Vorkommnisse dennoch gewisse Abweichungen von dieser konzipierten vollkommenen Charakteristik hervorrufen können. Deshalb ist für den Fachmann nachvollziehbar, dass der Begriff ”im Wesentlichen” oder ”wesentlich” in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, um zumindest solche Fertigungs- und Herstellungstoleranzen, die Lockerheit bei verschiedenen Anschlussteilen oder Baugruppen oder Kombinationen solcher Vorkommnisse einzuschließen. In einigen Ausführungsformen umfasst der Kommutator mehrere Kommutatorplatten, die entlang der Außenkante des Kommutators in einer winkelförmigen Anordnung vorgesehen sein können. In einigen dieser Ausführungsformen können diese mehreren Kommutatorplatten bezogen auf die Mitte des Kommutators symmetrische angeordnet sein.
Eine Bürste kann ein oder mehrere Merkmale aufweisen, die aus einem oder mehreren Materialien bestehen, u. a. aus einem federnden Material, um Stößen oder Belastungen ohne eine wesentliche dauerhafte Verformung oder Ruptur standzuhalten, einem elastischen Material, um nach der Verformung beispielsweise durch Stöße oder Belastungen wieder in die ursprüngliche Form und Größe zurückgestellt zu werden, oder anderen Materialien, deren Verformungen unter Last zumindest bis zu einem gewissen Grad reversibel sind, so dass die Bürste eine ausreichende Berührungsspannung gegenüber den Kommutatorplatten halten kann, ohne übermäßig Wärme zu erzeugen, die aufgrund unzureichender elektrischer Kontakte eine vorgegebene Schwelle übersteigt. Bei diesen Ausführungsformen bleibt die Bürste flexibel, obwohl die Bürste nicht notwendigerweise in ihre ursprüngliche Form oder ihr ursprüngliches Profil zurückgestellt wird, sobald sie entlastet wird, aber dennoch eine ausreichend hohe Berührungsspannung oder einen ausreichend Berührungswiderstand erzeugt, wenn sie sich mit einer Kommutatorplatte in Kontakt befindet.
Zusätzlich oder wahlweise hat eine Bürste ein erstes Ende, nämlich jenes, an dem die Leitungen oder Drähte befestig sind, und ein zweites Ende, das für den Kontakt mit den Kommutatorplatten verwendet wird. In einigen Ausführungsformen hat die Bürste ein oder mehrere Fingerelemente, die für die Herstellung eines elektrischen Kontakts mit den Kommutatorplatten verwendet werden, bei ausreichender Berührungsspannung und ausreichend niedrigem Berührungswiderstand, so dass der elektrische Kontakt zwischen einer Bürste und einer Kommutatorplatte nicht eine Wärmemenge erzeugt, die eine vorgegebene Menge überschreitet. In einigen Ausführungsformen umfasst das Fingerelement ein Element mit einem hohen spezifischen Widerstand, so dass die Bürste keinen Kurzschluss verursacht durch den Kontakt mit mehr als einer Kommutatorplatte, wenn sich die Bürste während des Betriebs der Drehvorrichtung durch einen Spalt zwischen zwei benachbarten Kommutatorplatten bewegt. In einigen dieser Ausführungsformen hat das Fingerelement einer Bürste eine federnde, elastische oder flexible Form oder umfasst ein federndes, elastisches oder flexibles Material, um den elektrischen Kontakt mit den Kommutatorplatten derart zu halten, dass die Bürste auch dann keinen Kurzschluss verursacht, wenn die Drehvorrichtung, der Kommutator oder das Fingerelement Vibrationen aus verschiedenen Quellen ausgesetzt ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Drehvorrichtung einen EMI-Unterdrückungsmechanismus (EMI = elektromagnetische Interferenz), der mit dem zweiten Ende einer Bürste wirkverbunden ist oder einen untrennbaren Teil desselben bildet. In einigen Ausführungsformen umfasst der EMI-Unterdrückungsmechanismus ein gewölbtes, gekrümmtes oder serpentinenförmiges Segment, das sich in einer von den Kommutatorplatten wegführenden Richtung krümmt. In einigen dieser Ausführungsformen umfasst der EMI-Unterdrückungsmechanismus ein Material mit einem hohen spezifischen Widerstand. In einigen dieser Ausführungsformen ist der EMI-Unterdrückungsmechanismus, der ein Material mit einem hohen spezifischen Widerstand umfasst, in dem Bereich oder in der Umgebung rund um den oder in der Nähe des Kommutationsbereichs verteilt, und der spezifische Widerstand des Materials für den EMI-Unterdrückungsmechanismus ist höher als zumindest der des Kommutationsbereichs einer Bürste.
In einigen Ausführungsformen umfasst der EMI-Unterdrückungsmechanismus ein gewölbtes, gekrümmtes oder serpentinenförmiges Segment, das sich in einer von den Kommutatorplatten wegführenden Richtung krümmt. In einigen Ausführungsformen umfasst die Drehvorrichtung einen Filterkreis. In einigen dieser Ausführungsformen enthält der Filterkreis einen oder mehrere Kondensatoren und eine oder mehrere Verbindungen. In einer Ausführungsform umfasst der Filterkreis einen oder mehrere geerdete Kondensatoren. In einigen dieser Ausführungsformen ist jede Kommutatorplatte mit mindestens zwei geerdeten Kondensatoren verbunden, die parallelgeschaltet sind und weiter mit der Erde verbunden sind. In den vorstehenden Ausführungsformen wird die Drehvorrichtung wirksam vor verschiedenen Störgeräuschen (z. B. Gaußsches Rauschen, Driftrauschen, Schrotrauschen und Kombinationen derselben etc.) oder elektromagnetischen Störungen aus verschiedenen Quellen geschützt, so dass das frequenzbasierte Rauschen (z. B. verschiedene Farben des Rauschens) oder das nichtfrequenzbasierte Störgeräusch (z. B. Knacken, Knallen, Knistern) unterdrückt oder vermindert werden kann. In einer Ausführungsform weist die Drehvorrichtung oder die Drehanordnung keine Ferritperle auf, die eine passive elektrische Komponente enthält, die häufig verwendet wird, um hoch- oder höherfrequentes Rauschen in elektronischen Schaltungen zu unterdrücken, indem hochfrequente Ströme in eine Ferritkeramik abgeleitet werden. Es ist zu beachten, dass eine Ferritperle, sofern nicht anders beansprucht oder angegeben, im Austausch mit einem Block, einem Kern, einem EMI-Filter oder einer Drossel verwendet wird, die alle eine irgendwie passive elektronische Komponente enthalten, um Strom mit hoher oder höherer Frequenz in einem elektrischen Schaltkreis zu sperren und Strom mit niedriger oder niedrigerer Frequenz oder Gleichstrom hingegen passieren zu lassen.
Einige Ausführungsformen sind auf eine Drehvorrichtung für eine Umwandlung zwischen elektrischer Energie und mechanischer Energie gerichtet, und die Drehvorrichtung umfasst einen Kommutator mit mehreren Kommutatorplatten und mehrere Bürsten für den Kontakt mit zumindest einigen der mehreren Kommutatorplatten, wobei eine Bürste der mehreren Bürsten ein erstes Segment aufweist, das einen Kommutationsbereich mit einem ersten spezifischen Widerstand umfasst, und ein zweites Segment, das ein erstes Merkmal mit einem zweiten spezifischen Widerstand aufweist. In einigen dieser Ausführungsformen befinden sich die mehreren Bürsten in Gleitkontakt mit zumindest einigen der mehreren Kommutatorplatten. In einigen dieser Ausführungsformen kann die Drehvorrichtung auch einen Filterkreis enthalten, der mit den mehreren Bürsten wirkverbunden ist. In einigen Ausführungsformen kann die Drehvorrichtung ferner ein drittes Segment umfassen, das ein zweites Merkmal aufweist, das dem Kommutationsbereich des ersten Segments benachbart ist. In einigen Ausführungsformen kann die Drehvorrichtung ferner ein drittes Segment umfassen, das ein zweites Merkmal aufweist, das den zweiten spezifischen Widerstand des ersten Merkmals besitzt. In einigen Ausführungsformen kann die Drehvorrichtung ein drittes Segment umfassen, das ein zweites Merkmal aufweist, das einen dritten spezifischen Widerstand, der größer ist als der erste spezifische Widerstand, besitzt. In einigen Ausführungsformen umfasst die Kommutatorplatte der mehreren Kommutatorplatten eine Kommutationsfläche in einer geometrischen Gestalt, die sich während der Kommutation mit zumindest einem Teil des Kommutationsbereichs der Brüste der mehreren Bürsten in Kontakt befindet. In einigen dieser Ausführungsformen ist die geometrische Gestalt derart konfiguriert, dass sie einen ausreichenden oder vorgegebenen Grad des Kontakts mit dem Kommutationsbereich einer Bürste ermöglicht. In einigen Ausführungsformen umfasst der ausreichende oder vorgegebene Kontaktgrad einen Kontakt, dessen Kontaktwiderstand bei oder unter einem vorgegebenen Wert eines elektrischen Widerstands liegt. In einigen Ausführungsformen umfasst der ausreichende oder vorgegebenen Kontaktgrad einen Kontakt, dessen Kontaktspannung bei oder über einem vorgegebenen Kontaktspannungsgrad liegt, jedoch nicht auf die nominale Streckspannung entweder des Kontaktbereichs einer Bürste oder die nominale Streckspannung einer Kommutatorplatte begrenzt ist. In einigen Ausführungsformen umfasst die geometrische Gestalt eine konvexe Kommutationsfläche, um während der Kommutation einen ausreichenden Grad des Kontakts mit dem Kommutationsbereich zu ermöglichen. In einigen Ausführungsformen umfasst die geometrische Gestalt eine ebene Kommutationsfläche, um während der Kommutation einen ausreichenden Grad des Kontakts mit dem Kommutationsbereich zu ermöglichen.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Bürste der mehreren Bürsten eine Bürstenfläche mit einem Kommutationsbereich und einer geometrischen Gestalt, die sich während der Kommutation zumindest mit einem Bereich der Kommutatorplatte der mehreren Kommutatorplatten in Kontakt befindet. In einigen Ausführungsformen umfasst die Bürste der mehreren Bürsten eine Bürstenfläche, die den Kommutationsbereich enthält und mit eine geometrischen Gestalt aufweist, die während der Kommutation einen ausreichenden oder vorgegebenen Kontaktgrad mit den mehreren Kommutatorplatten ermöglichen soll. In einigen Ausführungsformen umfasst der ausreichende oder vorgegebene Kontaktgrad einen Kontakt, dessen Kontaktwiderstand bei oder unter einem vorgegebenen elektrischen Widerstandswert liegt. In einigen Ausführungsformen umfasst der ausreichende oder vorgegebene Kontaktgrad einen Kontakt, dessen Kontaktspannung bei oder über einem vorgegebenen Spannungsgrad liegt, jedoch nicht auf die nominale Streckspannung entweder des Kontaktbereichs einer Bürste oder die nominale Streckspannung einer Kommutatorplatte begrenzt ist. In einigen Ausführungsformen umfasst die geometrische Gestalt eine ebene Bürstenfläche, die den Kommutationsbereich enthält. In einigen Ausführungsformen umfasst die geometrische Gestalt eine konvexe Bürstenfläche, die den Kommutationsbereich enthält. In einigen Ausführungsformen hat die Bürste eine mehrdimensionale Form (z. B. eine dreidimensionale Form), die sich unter einem vorgegebenen Kontaktgrad mit dem Kommutationsbereich in Kontakt befindet, wenn der Kommutationsbereich der Bürste während der Kommutation zumindest mit einer der mehreren Kommutatorplatten wirkverbunden ist. In einigen Ausführungsformen hat die Bürste eine mehrdimensionale Form (z. B. eine dreidimensionale Form), die zumindest für einen vorgegebenen Kontaktgrad sorgt, wenn sich der Kommutationsbereich der Bürste mit mindestens einer der mehreren Kommutatorplatten in Kontakt befindet. In einigen dieser Ausführungsformen umfasst der vorgegebene Kontaktgrad einen Kontakt zwischen zwei Komponenten, bei dem die Kontaktspannung bei einem bestimmten Spannungsgrad oder darüber liegt, wie zum Beispiel die Streckspannung einer der beiden sich in Kontakt befindenden Komponenten. In einigen dieser Ausführungsformen umfasst der vorgegebene Kontaktgrad einen Kontakt zwischen zwei Komponenten, bei dem der Kontaktwiderstand bei einem oder unter einem vorgegebenen Wert des elektrischen Widerstands liegt. In einigen Ausführungsformen sind zwei oder mehr Kommutatorplatten der mehreren Kommutatorplatten derart konfiguriert, dass sie nur das erste Merkmal des zweiten Segments der Bürste kontaktieren und nicht gleichzeitig zumindest einen Teil des ersten Segments der Bürste. In einigen Ausführungsformen ist die Drehvorrichtung derart konfiguriert, dass höchstens der Kontakt einer Kommutatorplatte der mehreren Kommutatorplatten mit dem Kommutationsbereich zugelassen wird, so dass keine Überbrückung von zwei oder mehr Kommutatorplatten stattfindet. In einigen Ausführungsformen umfasst der Filterkreis mindestens zwei Kondensatoren, die wirkmäßig zwischen der Bürste und der elektrischen Erde parallelgeschaltet sind.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Filterkreis einen ersten Kondensator, der mit den mehreren Bürsten wirkverbunden ist. In einigen Ausführungsformen besteht der Filterkreis aus mehreren Kondensatoren und einen oder mehreren Verbindungen dafür und weist keine Perlen auf. In einigen Ausführungsformen weist der Filterkreis keine Drosseln auf. In einigen Ausführungsformen weist der Filterkreis keine Induktoren auf. In einigen Ausführungsformen umschließt das erste Merkmal des zweiten Segments den Kommutationsbereich in dem ersten Segment in einem Querschnittprofil des ersten zweiten Segments und des zweiten Segments entlang einer Längsrichtung. In einigen Ausführungsformen umfasst die Bürste ferner einen Mechanismus zur Unterdrückung einer elektromagnetischen Interferenz, wobei der Mechanismus zur Unterdrückung einer elektromagnetischen Interferenz das erste Merkmal des zweiten Segments aufweist. In einigen Ausführungsformen weist der Mechanismus zur Unterdrückung einer elektromagnetischen Interferenz der Bürste ferner eine geometrische Konfiguration zumindest eines Teils der Bürste auf.
Einige Ausführungsformen sind auf ein Verfahren zum Vermindern von elektromagnetischen Störungen in einer Drehvorrichtung gerichtet, und das Verfahren umfasst die Identifizierung mehrerer Bürsten in der Drehvorrichtung, die Versorgung der Drehvorrichtung mit Energie, um mindestens einen Kommutator in der Drehvorrichtung über Kontakte zwischen den mehreren Bürsten und mehreren Kommutatorplatten anzutreiben, wobei der Kommutator die mehreren Kommutatorplatten aufweist. Das Verfahren kann ferner die Verminderung zumindest eines ersten Teils von elektromagnetischen Interferenzen (EMI) zumindest durch die Verwendung zumindest eines Teils einer Bürste der mehreren Bürsten umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst der Teil der Bürste, der zum Vermindern zumindest des ersten Teils von elektromagnetischen Interferenzen verwendet wird, einen EMI-Unterdrückungsmechanismus, und zumindest der erste Teil der elektromagnetischen Interferenzen entspricht willkürlichen elektromagnetischen Interferenzen.
In einigen Ausführungsformen umfasst der EMI-Unterdrückungsmechanismus von einem flexiblen Element und einem zweiten Element mit einem ersten spezifischen Widerstand zumindest eines, wobei das flexible Element für die Kommutation nur eine einzige Kommutatorplatte der mehreren Kommutatorplatten kontaktiert und das zweite Segment mit dem ersten spezifischen Widerstand mehr als eine Kommutatorplatte kontaktiert, ohne diese mehr als eine Kommutatorplatten zu überbrücken. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren das Vermindern von zumindest einem zweiten Teil der elektromagnetischen Interferenzen durch die Verwendung zumindest eines Filterkreises umfassen. In einigen dieser Ausführungsformen umfasst der Filterkreis mindestens zwei Kondensatoren, die mit der Bürste und einer elektrischen Erde elektrisch parallelgeschaltet sind, und der zweite Teil der elektromagnetischen Interferenzen umfasst einen Gesamtrauschpegel. In einigen der unmittelbar vorhergehenden Ausführungsformen umfasst der Filterkreis einen ersten Kondensator, der mit den mehreren Bürsten elektrisch verbunden ist. In einigen Ausführungsformen, in denen der Vorgang des Verminderns zumindest des ersten Teils von elektromagnetischen Interferenzen (EMI) umfasst, kann der Vorgang des Verminderns zumindest des ersten Teils von elektromagnetischen Interferenzen (EMI) umfassen, dass zumindest der Teil der Bürste, der eine Kommutatorplatte der mehreren Kommutatorplatten kontaktiert, einen Kontaktgrad erzeugt, der einem ersten vorgegebenen Kontaktgrad entspricht. In einigen Ausführungsformen umfasst der erste vorgegebene Kontaktgrad einen Kontakt zwischen zwei Komponenten (z. B. einer Bürste und einer Kommutatorplatte) derart, dass der elektrische Kontaktwiderstand kleiner ist als ein vorgegebener Wert eines elektrischen Widerstands. In einigen Ausführungsformen umfasst der erste vorgegebene Kontaktgrad einen Kontakt zwischen zwei Komponenten (z. B. einer Bürste und einer Kommutatorplatte) derart, dass die Kontaktspannung bei dem oder über dem vorgegebenen Grad oder Wert von Spannungen liegt. Zum Beispiel kann der vorgegebene Grad oder Wert der Kontaktspannung die Streckspannung des Kommutationsbereichs einer Bürste oder die Streckspannung einer Kommutatorplatte umfassen.
Weitere Einzelheiten bezüglich des verbesserten Impellers sind in der folgenden Detailbeschreibung mit Bezug auf die 1–6C angegeben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen sind die Konstruktion und die Nützlichkeit von Ausführungsform dargestellt, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Diese Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Zum besseren Verständnis der Art und Weise, auf welche die vorstehend genannten und weitere Vorteile und Gegenstände erzielt werden, folgt eine mehr ins Einzelne gehende Beschreibung der Ausführungsformen, die in den anliegenden Zeichnungen dargestellt sind, wobei diese Zeichnungen lediglich beispielhafte Ausführungsformen darstellen und deshalb nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der Ansprüche zu betrachten sind.
1 ist eine vereinfachte schematische Darstellung einer beispielhaften Drehvorrichtung in einigen Ausführungsformen;
2A ist eine schematische Darstellung der Wechselbeziehung zwischen Bürsten und einem Kommutator einer beispielhaften Drehvorrichtung zu einem Zeitpunkt in einigen Ausführungsformen;
2B zeigt weitere Details der schematischen Darstellung der Wechselbeziehung zwischen Bürsten und einem Kommutator einer beispielhaften Drehvorrichtung, die in 2A gezeigt ist, zu einem weiteren Zeitpunkt in einigen Ausführungsformen;
3A ist eine schematische Darstellung der Wechselbeziehung zwischen Bürsten und einer beispielhaften Drehvorrichtung zu einem Zeitpunkt in einigen Ausführungsformen;
3B ist eine schematische Darstellung einer Bürste einer beispielhaften Drehvorrichtung zu einem Zeitpunkt in einigen Ausführungsformen;
4A zeigt schematisch einen Benchmark-Filterkreis in einigen Ausführungsformen;
4B zeigt schematisch einen beispielhaften Filterkreis in einigen Ausführungsformen;
5A ein elektronisches Benchmark-Rauschprofil in Bezug auf Frequenzen einer beispielhaften Drehvorrichtung in einigen Ausführungsformen;
5B zeigt ein verbessertes elektronisches Geräuschprofil bezogen auf Frequenzen einer exemplarischen Drehvorrichtung in einigen Ausführungsformen;
6A–C zeigen elektronische Geräuschprofile bezogen auf Frequenzen (MHz) für eine oder mehrere beispielhafte Drehvorrichtungen in einigen Ausführungsformen.
DETAILBESCHREIBUNG
Verschiedene Merkmale werden nachstehend mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Es ist zu beachten, dass die Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und dass gleiche Elemente in sämtlichen Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Ebenfalls ist zu beachten, dass die Figuren lediglich dazu dienen, die Beschreibung und Darstellung von Merkmalen zu erleichtern, sofern in einer oder mehreren speziellen Ausführungsformen nicht anders angegeben oder sofern in einem oder in mehreren speziellen Ansprüchen nicht anders beansprucht. Die Zeichnungsfiguren und die vorliegend beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen sind nicht als erschöpfende Darstellung oder Beschreibung von verschiedenen weiteren Ausführungsformen oder als eine Einschränkung des Schutzumfangs der Ansprüche oder des Schutzumfangs von einigen weiteren Ausführungsformen gedacht, die für den Fachmann im Hinblick auf die in der Anmeldung beschriebenen Ausführungsformen offensichtlich sind. Darüber hinaus muss eine dargestellte Ausführungsform nicht sämtliche aufgezeigten Aspekte oder Vorteile aufweisen.
Ein Aspekt oder ein Vorteil, der im Zusammenhang mit einer speziellen Ausführungsform beschrieben wird, ist nicht notwendigerweise auf diese Ausführungsform beschränkt, sondern kann auch in weiteren Ausführungsformen genutzt werden, auch wenn so nicht dargestellt oder nicht ausdrücklich beschrieben. Der Verweis auf ”einige Ausführungsformen” oder auf ”weitere Ausführungsformen” durch gesamte Beschreibung hindurch bedeutet, dass ein besonderes Merkmal, eine besondere Konstruktion, ein besonderes Material, ein besonderes Verfahren oder eine besondere Charakteristik, die in Verbindung mit den Ausführungsformen beschrieben werden, in mindestens einer Ausführungsform enthalten ist. Aus diesem Grund bezieht sich die Angabe ”in einigen Ausführungsformen”, ”in einer oder mehreren Ausführungsformen” oder ”in weiteren Ausführungsformen” an verschiedenen Stellen der gesamten Beschreibung nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform oder dieselben Ausführungsformen.
Verschiedene Ausführungsformen sind auf eine Drehvorrichtung gerichtet, deren Zweck es ist, elektrische Energie (z. B. elektrischen Strom) in mechanische Energie (z. B. mechanische Drehkraft oder ein Drehmoment) umzuwandeln oder umgekehrt. Die Drehvorrichtung kann zum Beispiel einen Bürstenmotor, der elektrische in mechanische Rotationsenergie umwandelt, oder einen elektrischen Generator, der mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt (z. B. elektrisches Potential, elektromotorische Kraft etc.), der einen Kommutator und Bürsten hat, umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein. In einigen der Ausführungsformen umfasst der Kommutator eine Mehrzahl von Kommutatorplatten oder Elementen (kollektiv Platten oder Platte), die in einer Winkelrichtung angeordnet sind, wobei jede der Platten ein oder mehrere Merkmale aus einem oder mehreren elektrisch leitenden Materialien aufweist.
In einigen Ausführungsformen hat eine Bürste eine geometrische Gestalt, die federnd ist, um im Wesentlichen ohne dauerhafte Verformung oder Ruptur Stößen oder Belastungen standhalten zu können. Es ist zu beachten, dass eine im Wesentlichen dauerhafte Verformung auftritt, wenn eine Bürste ihre ursprüngliche Form bis zu dem Grad verliert, dass die Bürste die ihr zugeordneten Funktionen des Leitens von elektrischen Strömen zwischen Leitungen oder Drähten und beweglichen Teilen (z. B. den Kommutatorplatten) nicht mehr ausüben kann. In einigen Ausführungsformen hat eine Bürste eine geometrische Gestalt, die elastisch ist, so dass sie nach einer Verformung durch beispielsweise einen Stoß oder eine Last ihre ursprüngliche Gestalt oder Größe zurückerlangt. In verschiedenen Ausführungsformen hat eine Bürste ein erstes Ende, an dem Leitungen oder Drähte befestigt sind, und ein zweites Ende, das dem Kontakt mit den Kommutatorplatten dient.
In einigen Ausführungsformen befindet sich das zweite Ende einer Bürste in Gleitkontakt mit den Kommutatorplatten, in dem Sinne, dass das zweite Ende der Bürste im Raum im Wesentlichen stationär bleibt, während sich jede Kommutatorplatte mit dem Rotor dreht oder schnell dreht, um zumindest einen Teil des zweiten Endes zu kontaktieren, um einen ausreichenden Grad eines elektrischen Kontakts (z. B. eine ausreichend hohe Kontaktspannung oder einen ausreichend niedrigen Kontaktwiderstand) zwischen dem zweiten Ende der Bürste und einer Kommutatorplatte innerhalb eine Zeitspanne während der Kommutation zu ermöglichen. Dadurch scheint das zweite Ende der Bürste an zumindest einem Teil der Kommutatorplatte zu gleiten, obwohl es die Kommutatorplatte ist, die sich tatsächlich dreht oder schnell dreht. Es ist zu beachten, dass die vorstehende Beschreibung des zweiten Endes der Bürste als im Raum im Wesentlichen verharrend darauf hinweist, dass das zweite Ende nicht für eine aktive Bewegung ausgelegt ist, wenn das zweite Ende zum Leiten von Elektrizität mit einem Kommutator elektrisch verbunden ist. Gleichwohl schließt eine solche Beschreibung nicht aus, dass das zweite Ende der Bürste bis zu einem gewissen Grad eine Bewegung zeigt, zum Beispiel Vibrationen. Außerdem schließt eine solche Beschreibung nicht aus, dass das zweite Ende einer Bürste dennoch eine bestimmte Bewegung zeigt, wenn das zweite Ende einer Bürste einen Spalt zwischen zwei benachbarten Kommutatorplatten traversiert.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Drehvorrichtung einen EMI-Unterdrückungsmechanismus (EMI = elektromagnetische Interferenz) oder ein EMI-Unterdrückungsmerkmal (kollektiv EMI-Unterdrückungsmechanismus), der/das mit dem zweiten Ende einer Bürste wirkverbunden ist oder einen untrennbaren Teil des zweiten Endes der Bürste bildet. Zum Beispiel kann der EMI-Unterdrückungsmechanismus in einigen Ausführungsformen zusammen mit dem zweiten Ende der Bürste, dessen integrales Merkmal der EMI-Unterdrückungsmechanismus ist, gebildet werden durch Pressen, Biegen oder eine maschinelle Bearbeitung etc. mit oder ohne den Erwärmungsprozess und den Abschreckprozess, ohne hierauf beschränkt zu sein. In einigen anderen Ausführungsformen kann der EMI-Unterdrückungsmechanismus an dem zweiten Ende einer Bürste separat angebracht sein, zum Beispiel durch ein geeignetes Verfahren für die Verbindung von zwei Komponenten u. a. durch Schweißen, mechanische Mittel, Löten, Sprühen, Pulverbeschichtung, Sintern, Co-Sintern, Kleben, Diffusionskleben etc., ohne hierauf beschränkt zu sein.
In einigen dieser Ausführungsformen umfassen der EMI-Unterdrückungsmechanismus oder ein zweites Ende eine Bürste ein gewölbtes, gekrümmtes oder serpentinenförmiges Segment, das in einer von den Kommutatorplatten wegführenden Richtung gebogen oder gekrümmt ist. Zusätzlich oder wahlweise kann der EMI-Unterdrückungsmechanismus einer Bürste derart konfiguriert oder gestaltet sein, dass die Kontaktspannung zwischen dem EMI-Unterdrückungsmechanismus und der entsprechenden Kommutatorplatte einen bestimmten Spannungsgrad aufweist oder diesen überschreitet, um einen ausreichenden Kontakt zwischen dem EMI-Unterdrückungsmechanismus und der Kommutatorplatte sicherzustellen. Zum Beispiel kann der EMI-Unterdrückungsmechanismus in einigen Ausführungsformen zumindest zum Teil basierend auf der Ausgestaltung der Bürste, an der der EMI-Unterdrückungsmechanismus befestigt ist, oder basierend auf der Ausgestaltung der Kommutatorplatten etc. ausgebildet sein, derart, dass die Kontaktspannung bei oder über der Streckspannung der schwächeren Komponente (jener mit der niedrigeren Streckspannung) des EMI-Unterdrückungsmechanismus und der Kommutatorplatte liegt.
In einigen Ausführungsformen umfasst der EMI-Unterdrückungsmechanismus ein Material mit einem hohen spezifischen Widerstand. In diesen Ausführungsformen ist der EMI-Unterdrückungsmechanismus derart konfiguriert oder gestaltet, dass während der Kommutation eine Überbrückung von mehreren Kommutatoren verhindert wird, wenn sich der Kommutator dreht oder schnell dreht. In einigen Ausführungsformen kontaktiert zumindest ein Teil des zweiten Endes einer Bürste oder eines EMI-Unterdrückungsmechanismus die Kommutatorplatten und wird somit als Kontaktbereich oder Kommutationsbereich (im Folgenden Kommutationsbereich) der Bürste bezeichnet. In einigen dieser Ausführungsformen umfasst der EMI-Unterdrückungsmechanismus ein Material mit einem hohen spezifischen Widerstand und ist in dem Bereich oder in dem Umfeld oder in der Nähe des Kommutationsbereichs der Bürste oder des EMI-Unterdrückungsmechanismus verteilt.
Einige Ausführungsformen sind auf eine Drehvorrichtung gerichtet, die zur weiteren Unterdrückung oder Verminderung von verschiedenen Quellen elektronischer Störgeräusche einen Filterkreis aufweist. In einigen dieser Ausführungsformen hat der Filterkreis einen oder mehrere geerdete Kondensatoren, Entstörkondensatoren, Sperrkondensatoren oder Bypass-Kondensatoren (im Folgenden kollektiv Entstörkondensatoren oder Entstörkondensator). In diesen Ausführungsformen wird ein Störgeräusch, das durch ein oder mehrere Schaltungselemente (z. B. die Bürsten oder andere Schaltungselemente) verursacht wird, über den einen oder die mehreren Entstörkondensatoren geshunted werden, um dadurch seine Einflüsse zu vermindern. In einigen dieser Ausführungsformen bildet ein Entstörkondensator eine Leiterbahn für einen Impuls, der durch den Spannungsabfall über dem offenen Schaltkreis entsteht, und zwar wegen der raschen Abnahme des elektrischen Stroms, wenn der Schaltkreis geöffnet wird, um die Kontakte zu umgehen (z. B. wenn sich die Bürsten bei einem Bürstenmotor oder Generator von dem Kommutator lösen). In einigen dieser Ausführungsformen kann ein Sperrkondensator mit einem Resistor wirkmäßig in Reihe geschaltet sein, um eine elektromagnetische Störung oder Funkfrequenzstörung (nachstehend EMI) zu vermindern oder um Energie abzuleiten.
In einigen dieser Ausführungsformen umfasst die Kondensator-Resistor-Kombination eine einzige Einheit oder Komponente, die sowohl ein Entstörkondensator-Element als auch ein Resistor-Element umfasst. In einigen Ausführungsformen kann das Störgeräusch eine Summierung ungewollter oder störender Energie aus natürlichen oder manchmal künstlich eingeführten Quellen (z. B. Kommutation in einem Bürstenmotor oder Generator aufgrund eines vorhandenen Spalts zwischen zwei benachbarten Kommutatorplatten, Schwankungen der Leitfähigkeit aufgrund von Variationen der Kontakte zwischen den Bürsten und den Kommutatorplatten etc.) sein. In einigen Ausführungsformen bezieht sich elektromagnetische Interferenz einerseits auf Störungen, Übersprechen, Kreuzkopplung, kapazitive Kopplung oder andere unerwünschte Funkfrequenzstörungen von einem speziellen Sender (oder Sendern) oder einer speziellen Quelle (oder Quellen). Gleichwohl sind die Begriffe ”Störgeräusch” und ”elektromagnetische Interferenz” durch die gesamte Anmeldung hindurch untereinander austauschbar, sofern nicht anders beansprucht oder angegeben.
Einige Ausführungsformen sind auf eine Drehvorrichtung gerichtet, die einen Kommutator und Bürsten aufweist. In einigen dieser Ausführungsformen umfasst der Kommutator mehrere Kommutatorplatten, deren jede eine dreidimensionale Gestalt mit mindestens einer konvexen Fläche für den Kontakt mit der Bürste oder einem Teil derselben aufweist. In einigen Ausführungsformen umfasst der Kommutator mehrere Kommutatorplatten, deren jede einen kleineren Querschnitt hat, der entlang der Längsrichtung einer im Wesentlichen gerad- oder schrägzylindrischen Form gebildet ist. In einigen dieser Ausführungsformen können die ”konvexe” Fläche oder die im Wesentlichen zylindrische Fläche für den direkten Kontakt mit einer Bürste oder einem Teil derselben verwendet werden, um elektrische Ströme zu leiten. Es sollte beachtet werden, dass der Begriff ”im Wesentlichen” oder ”wesentlich”, wie zum Beispiel in der Formulierung ”im Wesentlichen zylindrische Form”, in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, um zum Ausdruck zu bringen, dass bestimmte Merkmale, auch wenn sie so konzipiert oder gedacht sind, nicht vollkommen (z. B. vollkommen zylindrisch) sind, da Fertigungs- und Herstellungstoleranzen, eine durch Herstellungstoleranzen oder normalen Verschleiß bedingte Lockerheit bei verschiedenen Anschlussteilen oder Baugruppen oder Kombinationen solcher Vorkommnisse dennoch gewisse Abweichungen von dieser konzipierten vollkommenen Charakteristik hervorrufen können. Deshalb ist für den Fachmann nachvollziehbar, dass der Begriff ”im Wesentlichen” oder ”wesentlich” in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, um solche Fertigungs- und Herstellungstoleranzen, die Lockerheit bei verschiedenen Anschlussteilen oder Baugruppen oder Kombinationen solcher Vorkommnisse zumindest einzuschließen.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Kommutator mehrere Kommutatorplatten, die entlang der Außenkante des Kommutators in einer winkelförmigen Anordnung vorgesehen sein können. In einigen dieser Ausführungsformen können diese mehreren Kommutatorplatten bezogen auf die Mitte des Kommutators symmetrisch angeordnet sein. Eine Bürste kann aus einem Material hergestellt sein, das ein federndes Material umfasst, um Stößen oder Belastungen ohne eine im Wesentlichen dauerhafte Verformung oder Ruptur standzuhalten, einem elastischen Material, um nach der Verformung beispielsweise durch Stöße oder Belastungen wieder in die ursprüngliche Form und Größe zurückgestellt zu werden, oder anderen Materialien, deren Verformungen unter Last zumindest bis zu einem gewissen Grad reversibel sind, so dass die Bürste eine ausreichende Berührungsspannung gegenüber den Kommutatorplatten halten kann, ohne übermäßig Wärme zu erzeugen, die aufgrund eines schlechten elektrischen Kontakts eine vorgegebene Schwelle übersteigt. In diesen Ausführungsformen bleibt die Bürste flexibel, obwohl die Bürste nach ihrer Entlastung nicht notwendigerweise in ihre ursprüngliche Form oder ihr ursprüngliches Profil zurückgestellt wird.
Zusätzlich oder wahlweise hat eine Bürste ein erstes Ende, an dem die Leitungen oder Drähte befestig sind, und ein zweites Ende, das für den Kontakt mit den Kommutatorplatten verwendet wird. In einigen Ausführungsformen hat eine Bürste ein oder mehrere Fingerelemente, die für die Herstellung eines elektrischen Kontakts mit den Kommutatorplatten verwendet werden, bei ausreichender Berührungsspannung und ausreichend niedrigem Berührungswiderstand, so dass der elektrische Kontakt zwischen einer Bürste und einer Kommutatorplatte nicht eine Wärmemenge erzeugt, die eine vorgegebene Menge überschreitet. In einigen Ausführungsformen umfasst das Fingerelement einer Bürste ein Element mit einem hohen spezifischen Widerstand, so dass die Bürste durch einen elektrischen Kontakt mit mehr als einer Kommutatorplatte keinen Kurzschluss verursacht, wenn sich die Bürste während des Betriebs der Drehvorrichtung durch einen Spalt zwischen zwei benachbarten Kommutatorplatten bewegt. In einigen dieser Ausführungsformen hat das Fingerelement einer Bürste eine federnde, elastische oder flexible Form oder umfasst ein federndes, elastisches oder flexibles Material, um den elektrischen Kontakt mit den Kommutatorplatten derart zu halten, dass die Bürste auch dann keinen Kurzschluss verursacht, wenn die Drehvorrichtung, der Kommutator oder das Fingerelement Vibrationen aus verschiedenen Quellen ausgesetzt ist. Einige typische Quellen für Vibrationen können beispielsweise Vibrationen sein, die durch die Durchquerung eines Spalts zwischen zwei benachbarten Kommutatorplatten bedingt sind, Vibrationen, die durch andere bewegliche Komponenten in der Drehvorrichtung oder andere Vorrichtungen oder Komponenten, die durch die Drehquelle angetrieben werden oder die Drehquelle antreiben (z. B. Schaufeln oder Flügel eines Gebläses, Drehantriebsmechanismen für einen Generator etc.) bedingt sind, oder weitere Vibrationsquellen, ohne hierauf beschränkt zu sein.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Drehvorrichtung einen EMI-Unterdrückungsmechanismus (EMI = elektromagnetische Interferenz), der mit dem zweiten Ende einer Bürste wirkverbunden ist oder einen untrennbaren Teil des zweiten Endes einer Bürste bildet. In einigen Ausführungsformen umfasst der EMI-Unterdrückungsmechanismus ein gewölbtes, gekrümmtes oder serpentinenförmiges Segment, das sich in einer von den Kommutatorplatten wegführenden Richtung krümmt. In einigen dieser Ausführungsformen umfasst der EMI-Unterdrückungsmechanismus ein Material mit einem hohen spezifischen Widerstand. In einigen dieser Ausführungsformen ist der EMI-Unterdrückungsmechanismus, der ein Material mit einem hohen spezifischen Widerstand umfasst, in dem Bereich oder in der Umgebung rund um den oder in der Nähe des Kommutationsbereichs verteilt, und der spezifische Widerstand des Materials für den EMI-Unterdrückungsmechanismus ist höher als zumindest der des Kommutationsbereichs einer Bürste.
In einigen Ausführungsformen umfasst der EMI-Unterdrückungsmechanismus ein gewölbtes, gekrümmtes oder serpentinenförmiges Segment, das sich in einer von den Kommutatorplatten wegführenden Richtung krümmt. In einigen Ausführungsformen umfasst die Drehvorrichtung einen Filterkreis. In einigen dieser Ausführungsformen enthält der Filterkreis einen oder mehrere Kondensatoren und eine oder mehrere Verbindungen. In einer Ausführungsform umfasst der Filterkreis einen oder mehrere geerdete Kondensatoren. In einigen dieser Ausführungsformen ist jede Kommutatorplatte mit mindestens zwei geerdeten Kondensatoren elektrisch verbunden, die parallelgeschaltet sind und weiter mit der Erde verbunden sind.
In den vorstehenden Ausführungsformen wird die Drehvorrichtung wirksam vor verschiedenen Störgeräuschen (z. B. Gaußsches Rauschen, Driftrauschen, Schrotrauschen und Kombinationen derselben etc.) oder elektromagnetischen Störungen aus verschiedenen Quellen geschützt, so dass das frequenzbasierte Rauschen (z. B. verschiedene Farben des Rauschens) oder das nichtfrequenzbasierte Störgeräusch (z. B. Knacken, Knallen, Knistern) unterdrückt oder vermindert werden kann. In einer Ausführungsform weist die Drehvorrichtung oder die Drehanordnung keine Ferritperle auf, die eine passive elektrische Komponente enthält, die häufig verwendet wird, um hoch- oder höherfrequentes Rauschen in elektronischen Schaltungen zu unterdrücken, indem hochfrequente Ströme in eine Ferritkeramik abgeleitet werden. Es ist zu beachten, dass eine Ferritperle, sofern nicht anders beansprucht oder angegeben, im Austausch mit einem Block, einem Kern, einem EMI-Filter oder einer Drossel verwendet wird, die alle eine irgendwie passive elektronische Komponente enthalten, um Strom mit hoher oder höherer Frequenz in einem elektrischen Schaltkreis zu sperren und Strom mit niedriger oder niedrigerer Frequenz oder Gleichstrom hingegen passieren zu lassen.
1 ist eine vereinfachte schematische Darstellung einer beispielhaften Drehvorrichtung in einigen Ausführungsformen. Insbesondere ist 1 eine schematische Darstellung einer Drehvorrichtung wie ein Elektromotor oder Generator, der einen Stator 1, einen Rotor 2, einen Kommutator 10 mit mehreren Kommutatorplatten, eine Magnetanordnung 3 in dem Stator und Wicklungen 4 in dem Rotor 2 umfasst. Während des Betriebs befinden sich die Bürsten in Kontakt mit dem entsprechenden Kommutatorplatten in dem Kommutator 10. Als praktisches Beispiel: Wenn die Drehvorrichtung unter Strom gesetzt wird, baut sich rund um den Rotor 2 ein Magnetfeld auf. Eine Seite des Rotors 2, die beispielsweise näher am Nordpol liegt, wird von der Magnetanordnung 3 abgestoßen und zur anderen Seite angezogen, wodurch die Drehung oder schnelle Drehung des Rotors 2 bewirkt wird.
Wenn elektrischer Strom durch die Wicklungen 4 (z. B. eine um einen Weicheneisenkern gewickelte Spule) fließt, übt das Magnetfeld der Magnetanordnung 3 ein Drehmoment auf die Wicklung 4 aus und bewirkt an den Wicklungen 4 einen Dreheffekt, der die Wicklungen 4 zu einer Drehung oder schnellen Drehung veranlasst. Um eine Drehung oder schnelle Drehung der Drehvorrichtung in eine Richtung zu bewirken, können Gleichstromkommutatoren verwendet werden, um die Stromrichtung nach jedem Halbzyklus (z. B. bei einem zweipoligen Motor) zu ändern und dadurch zu bewirken, dass sich die Drehvorrichtung in derselben Richtung weiterdreht. Wenn andererseits die Welle der Drehvorrichtung durch eine externe Kraft gedreht wird, kann die Drehvorrichtung als Generator wirken und eine elektromotorische Kraft (EMF) erzeugen.
2A zeigt schematisch die Wechselbeziehung zwischen Bürsten und einem Kommutator einer beispielhaften Drehvorrichtung zu einem Zeitpunkt in einigen Ausführungsformen. Insbesondere zeigt 2A einen Kommutator 10 und zwei Bürsten 30, die sich mit dem Kommutator 10 in Kontakt befinden. Bei der beispielhaften Drehvorrichtung, die in 2A dargestellt ist, hat der Kommutator 10 mehrere Kommutatorplatten 12, die entlang des Außendurchmessers des Kommutators 10 winkelförmig angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen, die in 2A dargestellt sind, In einigen dieser Ausführungsformen können diese mehreren Kommutatorplatten in Bezug auf die Mittelachse des Kommutators achssymmetrisch angeordnet sein. In einigen dieser Ausführungsformen umfasst der Kommutator mehrere Kommutatorplatten, deren jede eine dreidimensionale Gestalt mit zumindest einer konvexen Fläche aufweist.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Kommutator mehrere Kommutatorplatten, deren jede entlang der Längsrichtung einen Abschnitt mit einer im Wesentlichen gerad- oder schrägzylindrischen Form hat. In einigen dieser Ausführungsformen kann die ”konvexe” Fläche oder die im Wesentlichen zylindrische Fläche für den Kontakt mit den Bürsten verwendet werden, um elektrische Ströme zu leiten. Es sollte beachtet werden, dass der Begriff ”im Wesentlichen” oder ”wesentlich”, wie zum Beispiel in der Formulierung ”im Wesentlichen zylindrische Form”, in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, um zum Ausdruck zu bringen, dass bestimmte Merkmale, auch wenn sie so konzipiert oder gedacht sind, nicht vollkommen (z. B. vollkommen zylindrisch) sind, da Fertigungs- und Herstellungstoleranzen, eine durch Herstellungstoleranzen oder normalen Verschleiß bedingte Lockerheit bei verschiedenen Anschlussteilen oder Baugruppen oder Kombinationen solcher Vorkommnisse dennoch gewisse Abweichungen von dieser konzipierten vollkommenen Charakteristik hervorrufen können. Deshalb ist für den Fachmann nachvollziehbar, dass der Begriff ”im Wesentlichen” oder ”wesentlich” in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, um zumindest solche Fertigungs- und Herstellungstoleranzen, die Lockerheit bei verschiedenen Anschlussteilen oder Baugruppen oder Kombinationen solcher Vorkommnisse einzuschließen.
In diesen Ausführungsformen, die in 2A dargestellt sind, sind zwei Bürsten 30 jeweils mit dem positiven und dem negativen Pol einer Energiequelle (z. B. einer Gleichstromquelle) verbunden, und jede Bürste hat ein erstes Ende 32, das (z. B. über eine Leitung oder einen Draht) mit der Energiequelle verbunden werden kann, und ein zweites Ende 34, von dem zumindest ein Teil den Kommutator kontaktiert, für die Kommutation während des Betriebs der beispielhaften Drehvorrichtung. Eine Bürste 30 kann ein oder mehrere Merkmale aufweisen, die aus einem oder mehreren Materialen hergestellt sind, die ein federndes Material umfassen, um im Wesentlichen ohne dauerhafte Verformung einem Stoß oder einer Belastung standhalten zu können, ein elastisches Material, um sich nach der Verformung durch einen Stoß oder eine Belastung in die ursprüngliche Form oder Größe zurückstellen zu können, oder andere Materialien, deren Verformungen unter Last zumindest bis zu einem gewissen Grad reversibel sind, so dass die Bürste eine ausreichende Kontaktspannung (z. B. Spannung aufgrund der Verformung zumindest eines Bereichs der Bürste 30) gegenüber den Kommutatorplatten 12 halten kann, ohne eine übermäßige Wärmemenge zu erzeugen, die aufgrund schwacher elektrischer Kontakte eine vorgegebene Schwelle überschreitet.
In diesen Ausführungsformen bleibt die Bürste 30 flexibel, obwohl sie sich nach Entlastung nicht notwendigerweise in ihre ursprüngliche Form oder ihr ursprüngliches Profil zurückstellt. In einigen Ausführungsformen hat eine Bürste 30 ein oder mehrere Fingerelemente, die für den elektrischen Kontakt mit den Kommutatorplatten 12 verwendet werden, bei ausreichender Kontaktspannung (z. B. einer Spannung aufgrund der Verformung zumindest eines Teils der Bürste 30 oder eines Fingerelements) oder bei ausreichend niedrigem Kontaktwiderstand, so dass der elektrische Kontakt zwischen den Fingerelementen und einer Kommutatorplatte 12 nicht eine Wärmemenge erzeugt, die die vorgegebene Wärmemenge übersteigt. Zum Beispiel können die Bürste 30 oder die Kommutatorplatten 12 derart ausgebildet oder konfiguriert sein, dass die Kontaktspannung zwischen bei oder über der Streckspannung der schwächeren (Komponente mit der niedrigeren Streckspannung) oder stärkeren (Komponente mit der höheren Streckspannung) liegt. In einigen Ausführungsformen kann die Kontaktspannung niedriger sein als die Streckspannungen beider Bürsten 30 (oder der Fingerelemente) und der Kommutatorplatte 12, solange die Wärmeerzeugung aufgrund des höheren Kontaktwiderstands akzeptierbar oder tolerierbar ist. In einigen Ausführungsformen kann die Kontaktspannung einer Bürsten-Kommutatorplatten-Kombination analytisch, numerisch oder durch Versuchsdurchführungen bestimmt werden.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Fingerelement eine Bürste 12 oder ein Teil der Bürste 30 selbst ein Element mit einem hohen spezifischen Widerstand, so dass die Bürste keinen Kurzschluss verursacht, indem sie mehr als eine Kommutatorplatte mit elektrisch leitendem Material kontaktiert, wenn die Bürste während des Betriebs der Drehvorrichtung einen Spalt zwischen zwei benachbarten Kommutatorplatten 12 durchquert. In einigen dieser Ausführungsformen umfasst das Fingerelement einer Bürste 30 oder ein Teil der Bürste 30 selbst eine federnde, elastische oder flexible Gestalt oder ein Material, um den elektrischen Kontakt mit der Kommutatorplatte 12 derart zu halten, dass die Bürste 30 selbst dann keinen Kurzschluss verursacht, wenn die Drehvorrichtung, der Kommutator 10 oder das Fingerelement Vibrationen aus verschiedenen Quellen ausgesetzt ist. Es ist zu beachten, dass sich der spezifische Widerstandswert eines Materials auf die Nenngröße eines spezifischen Widerstands dieses Materials bei einer bestimmten Temperatur (z. B. 20°C oder 293 K) bezieht und nicht etwa auf die tatsächlichen spezifischen Widerstandswerte, die aufgrund von Variationen einer oder mehrerer Eigenschaften des Materials gewissen Variationen aufweisen können.
In diesen Ausführungsformen bewirken Vibrationen Änderungen des elektrischen Kontaktwiderstands und dadurch entsprechende Änderungen zum Beispiel der Wärmeerzeugung, des Geräusches aufgrund der Änderung der elektrischen Leitfähigkeit, Rauschen oder elektromagnetische Interferenzen (kollektiv EMI). In einigen Ausführungsformen enthält die in 2A gezeigte Drehvorrichtung einen EMI-Unterdrückungsmechanismus (EMI = elektromagnetische Interferenz), der mit einem Teil des zweiten Endes 34 einer Bürste 30 wirkverbunden ist oder einen untrennbaren Teil desselben bildet. In den in 2A dargestellten Ausführungsformen umfasst der EMI-Unterdrückungsmechanismus ein gerades, ein gewölbtes, ein gekrümmtes oder ein serpentinenförmiges Segment 36, das in einer von den Kommutatorplatten 12 wegführenden Richtung gebogen ist. In einigen dieser Ausführungsformen umfasst der EMI-Unterdrückungsmechanismus ein oder mehrere Merkmale die aus einem oder mehreren Materialien einschließlich eines Materials mit einem hohen spezifischen Widerstand bestehen.
In einigen dieser Ausführungsformen ist der EMI-Unterdrückungsmechanismus, der ein Material mit einem hohen spezifischen Widerstand umfasst, in dem Bereich oder in der Umgebung rund um den oder in der Nähe des Kommutationsbereichs verteilt, in dem die Bürste 30 oder ein Teil derselben die Kommutatorplatten 12 kontaktiert, und der spezifische Widerstand des Materials für den EMI-Unterdrückungsmechanismus ist höher als der des Materials zumindest des Kommutationsbereichs einer Bürste 30. In einigen dieser Ausführungsformen kann der EMI-Unterdrückungsmechanismus separat an dem zweiten Ende einer Bürste befestigt sein, zum Beispiel durch ein geeignetes Verfahren für die Verbindung von zwei Komponenten, unter anderem durch Schweißen, mechanische Mittel, Löten, Sprühen, Pulverbeschichtung, Sintern, Co-Sintern, Kleben oder Diffusionskleben etc., ohne hierauf beschränkt zu sein.
2B zeigt mehr Details betreffend die schematisch dargestellte Wechselbeziehung zwischen Bürsten und einem Kommutator einer in 2A beispielhaft dargestellten Drehvorrichtung zu einem weiteren Zeitpunkt in einigen Ausführungsformen. Insbesondere zeigt 2B eine Bürste 30B, die im Wesentlichen ähnlich ist wie die Bürste 30A in 2A und die ein erstes Ende 32B, das mit einer Stromquelle verbunden werden kann, und ein zweites Ende 34B hat. In den Ausführungsformen, die in 2B dargestellt sind, umfasst die Bürste 30B ein gekrümmtes, gewölbtes oder serpentinenförmiges Element, das sich von den Kommutatorplatten 12B und 13B weg krümmt. Die Bürste 30B hat einen Kommutationsbereich 35B, der die Kommutatorplatte (12B oder 13B) kontaktiert. In einem speziellen Moment oder in einer Zeitspanne während der Kommutation dreht sich der Kommutator bzw. dreht sich schnell und damit die Kommutatorplatten 12B und 13B in einer Richtung 13B, in der die Bürste 30B beide Kommutatorplatten, nämlich 12B bei 302B und 13B bei 304B, kontaktiert.
In diesen Ausführungsformen kann der die Punkte 302B und 304B umschließende Bereich ein oder mehrere Merkmale 38B aufweisen, die aus einem Material mit einem hohen spezifischen Widerstand bestehen, so dass der gleichzeitige Kontakt zwischen der Bürste 30B und den beiden Kommutatorplatten (12B und 13B) keinen Kurzschluss verursacht. Die exakten Dimensionen des die Punkte 302B und 304B umschließenden Bereichs oder die exakten Dimensionen weiterer Bereiche der hier dargestellten und beschriebenen Drehvorrichtung können zumindest teilweise auf der Basis eines oder mehrerer gewichteter oder nichtgewichteter Faktoren bestimmt werden (z. B. den geometrischen Dimensionen der Kommutatorplatten 12B oder 13B, der Dicke oder des Profils der Bürste 30B etc.), des verfügbaren Raums in der Drehvorrichtung, des Herstellungsprozesses (der Herstellungsprozesse) für die Herstellung verschiedener Komponenten der Drehvorrichtung (z. B. der empfohlene Biegeradius für ein bestimmtes Material einer bestimmten Dicke, die Auswahl von Materialien für verschiedene Komponenten in der Drehvorrichtung, Betriebsanforderungen der Drehvorrichtung (z. B. Anforderungen an die Drehzahl(en), Anforderungen bezüglich der Eingangsleistung oder Ausgangsleistung etc.), deren Kombinationen oder weitere Gestaltungsfaktoren, die diese Bauformen beeinflussen können.
Deshalb kann das Segment, welches das erste Ende 32B umfasst, verschiedene Profile aufweisen, wie 32B in 2B zeigt. Zusätzlich zur Verhinderung der Überbrückung von zwei Kommutatorplatten (z. B. 12B und 13B) können die einen hohen spezifischen Widerstand aufweisenden Materialien Variationen der elektrischen Leitfähigkeit, Vibrationen aus verschiedenen Quellen oder Änderungen der Leitfähigkeit aufgrund von Vibrationen aus verschiedenen Quellen (z. B. aussetzender elektrischer Kontakt oder elektrischer Kontakt mit variierenden Kontaktspannungen etc.) vermindern oder unterdrücken, speziell während der Zeitspanne, in der eine Bürste davorsteht, eine Kommutation in Bezug auf eine Kommutatorplatte (z. B. 12B) abzuschließen und eine neue Kommutation in Bezug auf eine weitere Kommutatorplatte (z. B. 13B) zu initiieren, da Materialien mit einem solch hohen spezifischen Widerstand in der Bürste 30B elektrische Ströme zwischen der Bürste 30B und der entsprechenden Kommutatorplatte (z. B. 12B oder 13B) reduzieren oder sogar eliminieren. Die Bürste 30B hat auch einen Kommutationsbereich 35B, der ein Material umfasst, dessen spezifischer Widerstand niedrig ist, oder das elektrisch leitend ist, um zum Leiten von Strom über die Bürste 30B die Kommutatorplatten zu kontaktieren. In einigen Ausführungsformen, in denen das den Kommutationsbereich 35B aufweisende Segment eine gewölbte, gekrümmte oder serpentinenförmige Form hat, kann die Krümmung des Segments oder die Krümmung für den Bereich der Bürste 30B zwischen Punkt 302B und Punkt 304B derart ausgebildet oder konfiguriert sein, dass diese kleiner oder gleich dem 20fachen Radius der entsprechenden Kommutatorplatte (12B oder 13B) ist.
3A zeigt in einer schematischen Darstellung die Wechselbeziehung zwischen Bürsten und einem Kommutator einer beispielhaften Drehvorrichtung zu einem Zeitpunkt in einigen Ausführungsformen. Insbesondere zeigt 3A eine Bürste 30A, die zwei Kommutatorplatten 12A kontaktiert, während sich der Kommutator dreht oder schnell dreht. Die Bürste 30A hat ein erstes Ende 32A, das (z. B. über eine Leitung oder einen Draht) mit der Stromquelle verbunden sein kann, und ein zweites Ende 34A, von dem zumindest ein Teil die Kommutatorplatte(n) kontaktiert, für eine Kommutation während des Betriebs der beispielhaften Drehvorrichtung. Darüber hinaus kann in den in 3A gezeigten Ausführungsformen das zweite Ende 34A der Bürste 30A oder ein Teil der Bürste 30A, der näher an dem zweiten Ende 34A liegt, einen Kommutationsbereich 35A aufweisen, der ein elektrisch leitendes Material umfasst, und einen sich anschließenden Bereich oder mehrere Einzelbereiche 38A, die ein Material umfassen, dessen spezifischer Widerstandswert höher ist als der des Materials des Kommutationsbereichs 35A.
In einigen Ausführungsformen kann der sich anschließende Bereich oder können die mehreren Einzelbereiche 38A als EMI-Unterdrückungsmechanismus dienen, der verwendet werden kann, um elektromagnetische Störungen aus verschiedenen Quellen zu unterdrücken oder zu vermindern. In einigen Ausführungsformen kann die Geometrie der Bürste 30A selbst als EMI-Unterdrückungsmechanismus dienen, indem die federnde, elastische oder flexible Charakteristik der Bürste 30A genutzt wird, um einen ausreichenden elektrischen Kontakt zwischen der Bürste 30A und den Kommutatorplatten 12A sicherzustellen. In einigen Ausführungsformen kann die federnde, elastische oder flexible Charakteristik der Bürste 30A ferner vorteilhaft genutzt werden, um negative Auswirkungen von Vibrationen aus verschiedenen Quellen zu mindern oder sogar zu eliminieren.
Zum Beispiel können die Bürsten 30A derart konfiguriert oder ausgebildet sein, dass ein ausreichend niedriger Kontaktwiderstand oder eine ausreichend hohe Kontaktspannung sichergestellt werden, so dass Vibrationen bis zu einem bestimmten Grad verminderte oder sogar vernachlässigbare negative Einflüsse auf die elektrische Leitfähigkeit haben, so dass elektromagnetische Störungen aufgrund von Variationen der elektrischen Leitfähigkeit vermindert werden. In einigen Ausführungsformen kann die Bürste 30A insgesamt eine gerade Form aufweisen, die relativ zu den Kommutatorplatten 12A in einem Winkel positioniert ist. In einigen anderen Ausführungsformen kann die Bürste 30A eine Form aufweisen, die an einer bestimmten Stelle in einem bestimmten Winkel gebogen ist. Es ist zu beachten, dass die tatsächlichen Werte von verschiedenen Winkeln oder Orten, die hier beschrieben sind, zumindest teilweise auf der Basis eines oder mehrerer gewichteter Faktoren bestimmt werden, umfassend die Ausgestaltung der verschiedenen Komponenten in der Drehvorrichtung (z. B. die geometrischen Dimensionen der Kommutatorplatten 12A, die Dicke oder das Profil der Bürste 30A etc.), den verfügbaren Raum in der Drehvorrichtung, den Herstellungsprozesses (die Herstellungsprozesse) für die Herstellung der verschiedenen Komponenten der Drehvorrichtung (z. B. der empfohlene Biegeradius für ein bestimmtes Material einer bestimmenten Dicke, die Auswahlen von Materialien für verschiedene Komponenten in der Drehvorrichtung, die Betriebsanforderungen der Drehvorrichtung (z. B. die Drehzahl(en), Anforderungen an die Eingangsleistung oder Ausgangsleistung etc.), die Kosten oder Kombinationen dieser Faktoren oder auf der Basis weiterer Faktoren, die die Konstruktion dieser Ausgestaltungen beeinflussen können.
3B ist eine schematische Darstellung einer Bürste einer beispielhaften Drehvorrichtung zu einem Zeitpunkt in einigen Ausführungsformen. Insbesondere zeigt 3B eine Bürste 30A mit einem Kommutationsbereich 35A, der ein elektrisch leitendes Material umfasst, und einem sich anschließenden Bereich oder mehreren Einzelbereichen 38A, die ein Material mit einem spezifischen Widerstandswert, der höher ist als der des Kommutationsbereichs 35A, umfassen. In 3B scheint der sich anschließende Bereich oder scheinen die mehreren Einzelbereiche 38A den Kommutationsbereich 35A zu umschließen. Der Bereich 38A, der den höheren spezifischen Widerstand aufweist, kann verwendet werden, um zu verhindern, dass zwei Kommutatorplatten (z. B. 12A in 3A) überbrückt werden. Gleichwohl ist die Darstellung von 3B nicht dazu gedacht, den Umfang von weiteren Implementierungen einzuschränken, die unterschiedliche Bereiche mit Materialien eines höheren spezifischen Widerstand umfassen, aber dennoch identischen oder im Wesentlichen ähnlichen Zwecken dienen.
Es ist auch zu beachten, dass verschiedene Elemente in 3B allein zu Darstellungszwecken und zur besseren Erläuterung in vierseitigen Formen gezeigt sind. Gleichwohl ist die Verwendung von vierseitigen Formen in 3B nicht dafür gedacht, den Umfang von verschiedenen weiteren Ausführungsformen mit anderen geometrischen Konfigurationen der Bürsten einzuschränken. In einigen Ausführungsformen kann ein oder können mehrere der mit Bezug auf eine oder mehrere der 2A–B und 3A–B beschriebenen Merkmale verwendet werden, um willkürlich elektronische Geräusche oder willkürlich elektromagnetische Interferenzen zu vermindern, zu unterdrücken oder auszufiltern. Ein Rauschpegeldiagramm einer beispielhaften Drehvorrichtung, die ein oder mehrere der mit Bezug auf die 2A–B und 3A–B beschriebenen Merkmale aufweist, ist in 6B gezeigt. Es ist anzumerken, dass zum Beispiel das Bezugszeichen 30 von 2A, das Bezugszeichen 30B von 2B und das Bezugszeichen 30A der 3A–B eine ”Bürste” oder ”Bürsten” bezeichnen. Es ist jedoch zu beachten, dass jedes dieser Bezugszeichen in einigen Ausführungsformen ein Merkmal bezeichnen kann, das an dem Körper einer Bürste separat befestigt oder untrennbar befestigt oder angeformt ist. Zum Beispiel kann jedes dieser Bezugszeichen in einigen Ausführungsformen ein Fingerelement in Form einer Leiste mit verschiedenen Geometrien umfassen und kann untrennbar oder untrennbar an dem Körper der Bürste befestigt sein.
4A zeigt schematisch einen Benchmark-Filterkreis in einigen Ausführungsformen. Insbesondere umfasst der Filterkreis zwei geerdete 1 μF Kondensatorelemente und zwei 4,7 F Kondensatorelemente, die mit dem Motor parallelgeschaltet sind. Der Benchmark-Filterkreis umfasst auch Ferritperlen, und man findet ihn in vielen üblichen Ausgestaltungen von Motoren und Generatoren. Einige beispielhafte Leistungscharakteristiken einer Drehvorrichtung mit dem in 4A dargestellten Benchmark-Filterkreis werden in den folgenden Passagen unter Bezug auf die 5A und 6A erläutert.
4B zeigt schematisch einen Filterkreis 400B in einigen Ausführungsformen. Insbesondere kann eine den beispielhaften Filterkreis enthaltende Drehvorrichtung 420B den Kommutator 10 aufweisen, der mit den Bürsten (30a und 30b, schematisch) wirkverbunden ist, die wiederum mit einer Stromquelle wirkverbunden sind. Der in 4B dargestellte beispielhafte Filterkreis kann zumindest zwei Kondensatorelemente 52A und 54A oder 56A und 58A zwischen jeder Bürste (30a oder 30b) und der Erde aufweisen. Die mindestens zwei Kondensatorelemente sind parallelgeschaltet, um zu bestimmenten Zeitpunkten während der Kommutation einen Bypass zur Erde zu bilden, um elektronische Störgeräusche oder elektromagnetische Interferenzen zu unterdrücken, zu vermindern oder zu filtern. Die mindestens zwei Kondensatorelemente sind wiederum geerdet.
In einigen Ausführungsformen, die diesen beispielhaften Filterkreis enthalten, umfassen die Kondensatorelemente 52A und 56A jeweils Kondensatoren mit einer Kapazität von 1–100 nF, wobei die Kondensatorelemente 54A und 58A Kondensatoren mit einer Kapazität von 10–100 pF sind. Einige Ausführungsformen können als Option ferner ein Kondensatorelement 54 mit einer Kapazität von 0,47–20 μF umfassen, um elektronische Störgeräusche oder elektromagnetische Störungen (z. B. Störungen im Differenzialmodus) weiter zu vermindern, zu unterdrücken oder zu filtern. In einigen dieser Ausführungsformen umfasst das Kondensatorelement 54 einen Kondensator mit einer Kapazität von 8–12 μF. In einigen dieser Ausführungsformen umfassen die Kondensatorelemente 52A und 56A jeweils Kondensatoren mit einer Kapazität von 8–12 nF. In einigen dieser Ausführungsformen umfassen die Kondensatorelemente 54A und 58A jeweils Kondensatoren mit einer Kapazität von 65–70 pF.
In einigen Ausführungsformen kann ein Kondensatorelement in einem Filterkreis zumindest zum Teil auf der Basis der Resonanzfrequenz des Filterkreises bestimmt werden, so dass der Filterkreis einen gewünschten oder erforderlichen Qualitätsfaktor (Q-Faktor) aufweist. In einigen dieser Ausführungsformen werden die Kondensatorelemente in einem Filterkreis derart bestimmt, dass der Filterkreis eine Resonanz erzielen kann. Einige dieser Ausführungsformen können sogar Kondensatorelemente umfassen, die eine Resonanz ohne die Verwendung von Induktoren erzielen. Wenngleich der in 4B dargestellte beispielhafte Filterkreis einen passiven Filterkreis zeigt, ist zu beachten, dass die Darstellung eines passiven Filterkreises nicht die Optionen eines aktiven Filterkreises mit Verstärkung (z. B. Verstärkung mit einem Operationsverstärker) für die vorliegend beschriebene Drehvorrichtung ausschließt.
In einigen Ausführungsformen kann der in 4B dargestellte beispielhafte Filterkreis zum Vermindern oder Unterdrücken der Gesamtrauschpegel (z. B. eine Effektiv- oder RMS-Spannung, die Rausch-Standabweichung etc.) einer Drehvorrichtung verwendet werden. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere der mit Bezug auf 4B beschriebenen Merkmale verwendet werden, um den Gesamtrauschpegel von elektronischem Rauschen oder willkürliche elektromagnetische Störungen zu vermindern oder zu unterdrücken. Ein Rauschpegeldiagramm einer beispielhaften Drehvorrichtung mit einem oder mehreren der mit Bezug auf 4B beschriebenen Merkmale ist in 6 gezeigt. Es ist zu beachten, dass die beispielhafte Drehvorrichtung, für welche 6 erstellt wurde, auch ein oder mehrere Merkmale aufweist, die mit Bezug auf eine oder mehrere der 2A–B und 3A–B beschrieben wurden, um willkürliches elektronisches Rauschen oder willkürliche elektronische Störungen zu vermindern, zu unterdrücken oder auszufiltern. Es ist auch zu beachten, dass die Darstellung und die Beschreibung der beispielhaften Ausführungsform hier nicht die Verwendung von weiteren Filtern (z. B. ein lineares oder nichtlineares Filter, ein Analog- oder Digitalfilter, ein Hochpassfilter, ein Tiefpassfilter, ein Bandpassfilter, ein Kerbfilter, ein Allpassfilter etc.) ausschließt.
Ferner ist zu beachten, dass in den in 4B dargestellten Ausführungsformen der beispielhafte Filterkreis ohne die Verwendung von elektronischen Drosseln oder Perlen (z. B. Ferritperlen) ausgebildet oder konfiguriert ist. Eine Perle umfasst ein passives elektronisches Bauteil, das häufig verwendet wird, um Rauschen (z. B. Hochfrequenzrauschen) in elektronischen Schaltungen zu unterdrücken. Eine Drossel umfasst ein passives elektronisches Bauteil (z. B. einen Induktor) zum Sperren oder Filtern von höherfrequentem Wechselstrom (AC) in elektrischen Schaltkreisen, während dieses niedrigerfrequente Wechselströme oder Gleichströme passieren lässt. Ein Vorteil eines solchen beispielhaften Filterkreises ist, dass die resultierenden Kosten des Filterkreises oder die Kosten der Drehvorrichtung, die den beispielhaften Filterkreis aufweist, durch das Fehlen von Perlen reduziert werden.
5A zeigt ein elektronisches Benchmark-Rauschprofil im Hinblick auf die Frequenzen einer beispielhaften Drehvorrichtung mit dem in 4A dargestellten Benchmark-Filterkreis in einigen Ausführungsformen. 5A zeigt die Standard- oder akzeptierbaren Rauschpegel 502A und das Rauschpegeldiagramm 504A in Bezug auf Frequenzen des Benchmark-Filterkreises. Wie in 5A dargestellt ist, zeigt das Rauschpegeldiagramm 504A zahlreiche willkürliche Spitzen einer Größe von etwa 5–15 dBμV, speziell in dem Frequenzbereich unter 70 MHz.
5B zeigt ein verbessertes elektronisches Rauschprofil in Bezug auf Frequenzen einer beispielhaften Drehvorrichtung in einigen Ausführungsformen. 5B zeigt dieselben Standard- oder akzeptierbaren Rauschpegel 502B, während das Rauschpegeldiagramm 504B in Bezug auf die Frequenzen eine wesentlich sanftere Verteilung mit Spitzen minderer Größe zeigt. Es ist zu beachten, dass sich die beispielhafte Drehvorrichtung, für welche 5B erstellt wurde, von der beispielhaften Drehvorrichtung, für welche 5A erstellt wurde, unterscheidet, weshalb der Gesamtrauschpegel in 5B höher scheint. Gleichwohl ist der in 5B gezeigte Gesamtrauschpegel kein Hinweis darauf, dass die verschiedenen Ausführungsformen der hier beschriebenen Drehvorrichtungen höhere Rauschpegel produzieren.
Insbesondere umfasst die beispielhafte Drehvorrichtung, für welche 5A erstellt wurde, die Bürsten, die in 2A gezeigt sind, und den Filterkreis, der in 4A gezeigt ist. Die beispielhafte Drehvorrichtung, für welche 5B erstellt wurde, umfasst die Bürsten, die in 3A gezeigt sind, und den Filterkreis, der in 4A gezeigt ist. Von den 5A–B ist das Rauschverhalten beider Drehvorrichtungen akzeptierbar, da beide Rauschpegeldiagramme unter die Standard- oder akzeptierbaren Rauschpegel (502A bzw. 502B) fallen. In einigen Ausführungsformen, die den EMI-Unterdrückungsmechanismus enthalten, lässt sich das Rauschverhalten noch weiter verbessern, wie das in 6A–C dargestellt und nachstehend beschrieben ist.
Die 6A–C zeigen elektronische Rauschprofile in Bezug auf Frequenzen (MHz) für eine oder mehrere beispielhafte Drehvorrichtungen in einigen Ausführungsformen. Insbesondere zeigt 6A eine übliche Drehvorrichtung mit einem üblichen Filterkreis. Wie aus 6A ersichtlich ist, enthält das Geräuschpegeldiagramm 602A zahlreiche willkürliche Spitzen einer wesentlichen Größe und überschreitet den Standard- oder akzeptierbaren Pegel 604A in einem oder mehreren Frequenzbändern. 6B–C zeigt das verbesserte Rauschverhalten von Drehvorrichtungen mit einem oder mehreren Merkmalen wie beispielsweise der(den) Ausgestaltung(en) der Bürste, dem EMI-Unterdrückungsmechanismus oder dem Filterkreis, die hier beschrieben sind. Zum Beispiel zeigt 602B von 6B eine wesentliche Unterdrückung oder Verminderung der willkürlichen Spitzen, wie diese in 602A von 6A gezeigt sind, wenngleich 6B zeigt, dass der Rauschpegel den Standardoder akzeptierbaren Pegel 604B innerhalb eines wesentlich engeren Frequenzbereichs noch überschreitet und der in 602B gezeigte Gesamtrauschpegel dicht an dem Gesamtrauschpegel bleibt, der in 602A gezeigt ist.
In einigen Ausführungsformen enthält die Drehvorrichtung, für die 6B erstellt wurde, ein oder mehrere Merkmale, die für die Bürsten in den vorhergehenden Passagen beschrieben wurden. Sie enthält jedoch nicht den in 4B dargestellten Filterkreis. 6C zeigt eine weitere Verbesserung des Rauschverhaltens der Drehvorrichtung, die die vorstehend beschriebene Ausgestaltung der Bürsten, den EMI-Unterdrückungsmechanismus und den Filterkreis umfasst. Insbesondere zeigt das Rauschpegeldiagramm 602C in 6C nicht nur die effektive Verminderung, Unterdrückung oder Filterung von willkürlichen Spitzen, sondern auch die Verminderung des Gesamtrauschpegels um etwa 20 dBμV. Das Rauschverhalten, wie es in 602C gezeigt ist, erfüllt somit die Standard- oder akzeptierbaren Rauschpegel 604C. In einigen Ausführungsformen umfasst die Drehvorrichtung, für welche 6C erstellt wurde, ein oder mehrere Merkmale der Bürsten, die vorstehend mit Bezug auf die 2A–B und 3A–B beschrieben wurden, sowie den Filterkreis, der mit Bezug auf 4B beschrieben wurde.
Die Erfindung wurde vorstehend mit Bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben. Es ist jedoch offensichtlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne den weiter gefassten Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel sind die vorstehend beschriebenen Prozessabläufe mit Bezug auf eine bestimmte Ordnung von Vorgängen eines Prozesses beschriebenen. Die Ordnung von vielen der beschriebenen Vorgänge eines Prozesses lässt sich jedoch ohne Einfluss auf den Schutzumfang oder die Durchführung der Erfindung ändern. Aus diesem Grund dienen die Beschreibung und die Zeichnungen allein dem Zweck der Darstellung und sind nicht im Sinne einer Einschränkung zu verstehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

CN 201210271268 [0001]

Claims

Drehvorrichtung für die Umwandlung zwischen elektrischer Energie und mechanischer Energie, umfassend: einen Kommutator enthaltend mehrere Kommutatorplatten; und mehrere Bürsten, die sich in Gleitkontakt mit zumindest einigen der mehreren Kommutatorplatten befinden, wobei eine Bürste der mehreren Bürsten umfasst: ein erstes Segment enthaltend einen Kommutationsbereich, der einen ersten spezifischen Widerstand aufweist, und ein zweites Segment enthaltend ein erstes Merkmal, das einen zweiten spezifischen Widerstand aufweist.
Drehvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Filterkreis, der mit den mehreren Bürsten wirkverbunden ist.
Drehvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bürste der mehreren Bürsten umfasst: ein drittes Segment enthaltend ein zweites Merkmal, das dem Kommutationsbereich des ersten Segments benachbart ist, das jedoch nicht dem zweiten Segment benachbart ist.
Drehvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Kommutatorplatte der mehreren Kommutatorplatten eine Kommutationsfläche mit einer geometrischen Gestalt aufweist, die sich während der Kommutation mit mindestens einem Teil des Kommutationsbereichs der Bürste der mehreren Bürsten in Kontakt befindet.
Drehvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bürste der mehreren Bürsten eine Bürstenfläche umfasst, die den Kommutationsbereich enthält, der eine geometrische Gestalt aufweist, die sich während der Kommutation mit mindestens einem Teil einer Kommutatorplatte der mehreren Kommutatorplatten in Kontakt befindet.
Drehvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bürste eine dreidimensionale Gestalt aufweist, die sich während der Kommutation mit mindestens einem Teil einer Kommutatorplatte der mehreren Kommutatorplatten unter einem vorgegebenen Grad in Kontakt befindet, wenn der Kommutationsbereich der Bürste mit dem mindestens einen Teil der Kommutatorplatte der mehreren Kommutatorplatten wirkverbunden ist.
Drehvorrichtung nach Anspruch 1, wobei zwei oder mehr Kommutatorplatten der mehreren Kommutatorplatten konfiguriert sind für den gleichzeitigen Kontakt mit nur dem ersten Merkmal des zweiten Segments der Bürste.
Drehvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Filterkreis mindestens zwei Kondensatoren aufweist, die wirkungsmäßig zwischen der Bürste und der elektrischen Erde parallelgeschaltet sind, und einen ersten Kondensator, der mit den mehreren Bürsten wirkverbunden ist.
Drehvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Filterkreis aus mehreren Kondensatoren und einer oder mehreren Verbindungen besteht.
Drehvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Merkmal des zweiten Segments den Kommutationsbereich in dem ersten Segment in einem Querschnittprofil des ersten zweiten Segments und des zweiten Segments entlang einer Längsrichtung umschließt.
Drehvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bürste ferner einen Mechanismus zur Unterdrückung einer elektromagnetischen Interferenz umfasst, wobei der Mechanismus zur Unterdrückung einer elektromagnetischen Interferenz das erste Merkmal des zweiten Segments aufweist.
Drehvorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Mechanismus zur Unterdrückung einer elektromagnetischen Interferenz eine geometrische Konfiguration zumindest eines Teils der Bürste aufweist.
Verfahren zum Reduzieren elektromagnetischer Interferenzen in einer Drehvorrichtung, umfassend: das Identifizieren mehrerer Bürsten der Drehvorrichtung; das Versorgen der Drehvorrichtung mit Energie, um zumindest einen Kommutator in der Drehvorrichtung über die Kontakte zwischen den mehreren Bürsten und mehreren Kommutatorplatten anzutreiben, wobei der Kommutator die mehreren Kommutatorplatten umfasst; und das Vermindern zumindest eines Teils elektromagnetischer Interferenzen (EMI) zumindest durch die Verwendung zumindest eines Teils einer Bürste der mehreren Bürsten.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend: das Vermindern zumindest eines zweiten Teils der elektromagnetischen Interferenzen durch die Verwendung mindestens eines Filterkreises.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Vorgang des Verminderns zumindest des ersten Teils von elektromagnetischen Interferenzen (EMI) umfasst: das Veranlassen, dass zumindest der Teil der Bürste, der eine Kommutatorplatte der mehreren Kommutatorplatten kontaktiert, einen Kontaktgrad erzeugt, der einem ersten vor-vorgegebenen Kontaktgrad entspricht.