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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Käfig-Bürsten-Anordnung für einen Elektromotor und insbesondere eine Bürstenanordnung für den Einsatz mit einer konstanten Federkraft.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Motoren sind eine elektromagnetische Vorrichtung für die Umwandlung elektrischer Energie gemäß dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion, wobei in erster Linie Gleichstrommotoren und Wechselstrommotoren umfasst sind. Die Gleichstrommotoren oder Universalbürstenmotoren benötigen eine Bürstenanordnung. Die Bürstenanordnung umfasst eine Bürste und einen Bürstenkäfig. Die Bürste ist in dem Bürstenkäfig montiert und durch eine Feder vorgespannt. Die Bürste kontaktiert einen Kommutator, um elektrischen Strom von der Bürste zu dem Kommutator zu übertragen.
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1 zeigt eine übliche Bürstenanordnung. Die Bürstenanordnung umfasst eine Bürste 2, einen Bürstenkäfig 1 und eine Feder (nicht gezeigt). Die Bürste 2 ist in dem Bürstenkäfig 1 aufgenommen und durch die Feder vorgespannt. Zwei Anschlagplatten 12 erstrecken sich von einem Ende des Bürstenkäfigs 1 nach außen. Jede Anschlagplatte 12 hat an ihrem distalen Ende einen Haken 13. Die Anschlagplatten 12 sind derart konfiguriert, dass sie zwei Wicklungsabschnitte 3 der Feder stoppen. Wenn sich die Bürste 2 unter dem Einfluss der Kraft der Feder in Richtung auf den Kommutator bewegt, d.h. wenn sich die Bürste 2 aus einem Ende 11 des Bürstenkäfigs 1 heraus bewegt, fangen die beiden Haken 13 die beiden Wicklungsabschnitte 3 der Feder und bewirken, dass sich die Feder aufwickelt. Der Winkel der beiden Anschlagplatten 12 zu einer Außenfläche des Bürstenkäfigs 1 ist gleich.
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Damit man bei einer üblichen Bürstenanordnung sicherstellen kann, dass sich die Bürste 2 in dem Bürstenkäfig 1 problemlos ausdehnen und zusammenziehen kann, ist zwischen der Bürste 2 und dem Bürstenkäfig 1 normalerweise einer großer Spalt vorhanden, d.h. zwischen einer Seitenfläche 21 der Bürste 2 und einer Innenfläche des Bürstenkäfigs 1 befindet sich ein großer Spalt. Die Folge ist, dass während des Betriebs des Motors leicht eine Vibration der Bürste 2 auftreten kann, die gegebenenfalls anormale Geräusche verursacht.
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ÜBERSICHT
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Aus diesem Grund wird eine Bürstenanordnung für einen Elektromotor gewünscht, die über eine bessere Betriebsfestigkeit verfügt und anormale Geräusche verringern kann.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Bürstenanordnung angegeben, umfassend eine Bürste, einen Bürstenkäfig und eine Feder, wobei die Feder zwei Wicklungsabschnitte und einen Verbindungsbereich aufweist, der die Wicklungsabschnitte verbindet, wobei der Verbindungsbereich der Feder und die Feder zusammen in dem Bürstenkäfig angeordnet sind, wobei die Bürste ein Kontaktende und ein von dem Kontaktende entferntes zweites Ende hat, wobei der Verbindungsbereich der Feder an dem zweiten Ende der Bürste anliegt, wobei auf jeder von zwei gegenüberliegenden Seiten des Bürstenkäfigs an einem ersten, dem Kontaktende der Bürste benachbarten Endbereich des Bürstenkäfigs ein Haken gebildet ist, wobei jeder der beiden Wicklungsabschnitte mit einem entsprechenden der Haken verbunden ist und wobei sich die Haken in einem unterschiedlichen Winkel zu einer entsprechenden Außenseite des Bürstenkäfigs erstrecken.
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Vorzugsweise umfassen die Haken einen ersten Haken und einen zweiten Haken. Jeder Haken hat eine Anschlagplatte, die sich von dem Bürstenkäfig nach außen erstreckt, und einen Hakenbereich, der an einem distalen Ende der Anschlagplatte angeordnet ist. Ein Winkel A ist zwischen der Anschlagplatte des ersten Hakens und der Außenfläche des Bürstenkäfigs gebildet, und ein Winkel B ist zwischen der Anschlagplatte des zweiten Hakens und der Außenfläche des Bürstenkäfigs gebildet. Der Winkel A ist nicht gleich dem Winkel B, und der Winkel A und der Winkel B sind beide größer als 90 Grad, jedoch kleiner als 180 Grad.
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Vorzugsweise ist der Absolutwert einer Differenz zwischen dem Winkel A und dem Winkel B größer als Null Grad, jedoch kleiner als 30 Grad.
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Vorzugsweise beträgt der Winkel A 110 Grad und der Winkel B 105 Grad.
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Vorzugsweise umfasst der Bürstenkäfig zwei Seitenwände, und jede Anschlagplatte erstreckt sich von einer entsprechenden der Seitenwände an dem ersten Endbereich des Bürstenkäfigs.
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Vorzugsweise ist zwischen jeder Anschlagplatte und dem entsprechenden Hakenbereich ein Ausschnitt gebildet.
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Vorzugsweise ist die Feder eine Konstantkraftfeder.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Motor angegeben, der einen Rotor und einen Stator hat. Der Rotor hat einen Kommutator und eine Wicklung, die mit dem Kommutator elektrisch verbunden ist. Der Motor hat ferner eine oder mehrere Bürstenanordnungen wie vorstehend beschrieben, wobei sich das Kontaktende der oder jeder Bürste mit dem Kommutator in Gleitkontakt befindet, um die Wicklung mit Strom zu versorgen.
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Indem man in Anbetracht der vorstehenden Ausführungen die Anschlagplatten der Haken mit unterschiedlichen Winkeln relativ zu den entsprechenden Außenflächen des Bürstenkäfigs konfiguriert, erreicht man, dass die Bürste an einer Innenfläche des Bürstenkäfigs anliegt, wodurch sowohl die Vibration der Bürste als auch das durch die Vibration hervorgerufene anormale Geräusch vermindert wird. Der Motor, bei dem eine solche Bürstenanordnung verwendet wird, verfügt über eine bessere Stabilität und kann anormale Geräusche während der Verlangsamung des Motors nach dem Abschalten des Stroms eliminieren.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Zeichnungsfigur erscheinen, sind in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, grundsätzlich identisch gekennzeichnet. Die Dimensionen von Komponenten und Merkmalen sind im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Die Figuren sind nachstehend aufgelistet.
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer bekannten Bürstenanordnung;
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2 ist eine schematische Darstellung einer Bürstenanordnung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 ist eine perspektivische Ansicht einer Bürstenanordnung von 2; und
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4 ist eine Ansicht des Bürstenkäfigs von 3 von unten.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die 2 und 3 zeigen eine Bürstenanordnung 4 für einen Elektromotor gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Konzepts, während 3 die komplette Bürstenanordnung in einer perspektivischen Ansicht zeigt. Die Bürstenanordnung 4 umfasst eine Bürste 2, einen Bürstenkäfig 40 und eine Feder 6. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Bürstenkäfig 40 hohl und länglich. Die Bürste 2 hat ein Kontaktende 21 und ein von dem Kontaktende 21 entferntes zweites Ende 22. 4 zeigt die Unterseite des Bürstenkäfigs von 3.
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Die Feder 6 ist eine Konstantkraftfeder mit zwei Wicklungsabschnitten 61 und einem U-förmigen Verbindungsbereich 62, der die Wicklungsabschnitte 61 verbindet. Der Verbindungsbereich 62 der Feder 6 liegt an dem zweiten Ende 22 der Bürste 2 an, und der Verbindungsbereich 62 der Feder und die Bürste 2 sind zusammen in dem Käfig 40 aufgenommen, wie das in 2 dargestellt ist.
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Der Bürstenkäfig 40 ist auf einer von zwei Seiten eines ersten, dem Kontaktende 21 der Bürste 2 benachbarten Endbereichs 41 des Bürstenkäfigs 40 mit einem Haken ausgebildet. Jeder der Wicklungsabschnitte 61 der Feder ist mit einem entsprechenden der Haken verbunden. Vorzugsweise umfassen die Haken einen ersten Haken 44 und einen zweiten Haken 45. Der erste Haken 44 hat eine Anschlagplatte 46, die sich von einer Seitenwand des Bürstenkäfigs 40 nach außen erstreckt, und einen Hakenbereich 48, der an einem distalen Ende der Anschlagplatte 46 gebildet ist. Der zweite Haken 45 hat eine Anschlagplatte 47, die sich von einer weiteren Seitenwand des Bürstenkäfigs 40 nach außen erstreckt, und einen Hakenbereich 49, der an einem distalen Ende der Anschlagplatte 49 gebildet ist. Insbesondere bildet jede der Seitenwände des Bürstenkäfigs 40 an ihrem einen Ende eine Öffnung 43, 43. Die Anschlagplatte 46 erstreckt sich von einer Kante der Öffnung 43 nach außen, und die Anschlagplatte 47 erstreckt sich von einer Kante der Öffnung 43 nach außen.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind die Anschlagplatten 46, 47 aus dem Material gebildet, das aus den Öffnungen 43, 43 entfernt wurde, und haben deshalb eine einfache Konstruktion und sind einfach herzustellen. Zwischen jeder Anschlagplatte 46, 47 und dem entsprechenden Haken 48, 49 ist ein Ausschnitt 50 gebildet, für die Aufnahme des Wicklungsabschnitts 61, wenn der Hakenbereich in den entsprechenden Wicklungsabschnitt 61 eingeführt wird. Vorzugsweise ist der Bürstenkäfig 40 rohrförmig und ist aus Kupfer, Messing oder einem ähnlichen Material hergestellt.
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Ein Winkel A ist zwischen der Anschlagplatte 46 und einer Außenfläche des Bürstenkäfigs 40 gebildet. Ein Winkel B ist zwischen der Anschlagplatte 47 und einer weiteren Außenfläche des Bürstenkäfigs 40 gebildet. Der Winkel A und der Winkel B sind nicht gleich und sind beide größer als 90 Grad, jedoch kleiner als 180 Grad. Vorzugsweise ist der Absolutwert einer Differenz zwischen dem Winkel A und dem Winkel B größer als Null Grad, jedoch kleiner als 30 Grad. In dieser Ausführungsform beträgt der Winkel A 120 Grad und der Winkel B 105 Grad.
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Wie in 2 dargestellt ist, versuchen die abgewickelten Bereiche der beiden Wicklungsabschnitte 61 der Feder sich aufzuwickeln, so dass der Verbindungsbereich der Feder eine Federkraft auf das zweite Ende der Bürste ausübt, um das Kontaktende der Bürste aus dem Käfig heraus und in einen Gleitkontakt mit einem Kommutator des Motors zu drücken, in dem die Bürstenanordnung montiert ist. Da der Winkel A nicht gleich dem Winkel B ist, übt der dem größeren Winkel A zugeordnete Wicklungsabschnitt 61 der Feder eine größere Druckkraft auf eine Seitenfläche der Bürste 2 aus, während der dem kleineren Winkel B zugeordnete Wicklungsabschnitt 61 der Feder eine kleinere Druckkraft auf die andere Seitenfläche der Bürste 2 ausübt, wenn sich die Bürste 2 entlang einer Innenfläche des Bürstenkäfigs 40 bewegt, um sich dem Kommutator (nicht gezeigt) zu nähern. Unter dem Einfluss der beiden ungleichen Druckkräfte wird durch die größere Druckkraft bewirkt, das eine Seitenfläche 23 der Bürste an der Innenfläche des Bürstenkäfigs anliegt. Dadurch können die Vibration der Bürste 2 und durch die Vibration der Bürste 2 verursachte anormale Geräusche wirksam verringert werden.
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Durch vorliegende Erfindung wird auch ein Motor bereitgestellt, der einen Stator und einen Rotor hat. Der Rotor hat einen Kommutator und eine Wicklung, die mit dem Kommutator elektrisch verbunden ist. Der Motor hat ferner mindestens eine Bürstenanordnung 4 wie vorstehend beschrieben. Das Kontaktende 21 der Bürste 2 der Bürstenanordnung befindet sich in einem Gleitkontakt mit dem Kommutator, um die Motorwicklung mit Strom zu versorgen. Es versteht sich, dass der Motor ein beliebiger Motortyp sein kann, der die Bürstenanordnung erfordert, wie zum Beispiel ein Universalmotor oder ein Permanentmagnet-Gleichstrommotor.
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In der vorstehenden Ausführungsform ist die Bürste 2 vorzugsweise eine Bürste, die aus Kohle oder einem kohlehaltigen Material hergestellt ist.
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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 oder Merkmal vorhanden ist, schließen jedoch nicht aus, dass noch weitere Elemente oder Merkmale vorhanden sind.
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Bestimmte Merkmale der Erfindung, die der Klarheit halber im Zusammenhang mit separaten Ausführungsformen beschrieben wurden, können auch in nur einer Ausführungsform kombiniert sein. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die der Kürze halber in einer Ausführungsform beschrieben wurden, ebenso separat oder in geeigneten Unterkombinationen vorhanden sein.
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Wenngleich vorliegende Erfindung anhand einer oder mehrerer bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass innerhalb des Schutzrahmens der Erfindung, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist, verschiedene Modifikationen möglich sind.
