DE1079728B - Stromwendevorrichtung, insbesondere fuer Gleichstrom-Kleinstmotoren - Google Patents

Stromwendevorrichtung, insbesondere fuer Gleichstrom-Kleinstmotoren

Info

Publication number
DE1079728B
DE1079728B DEM31907A DEM0031907A DE1079728B DE 1079728 B DE1079728 B DE 1079728B DE M31907 A DEM31907 A DE M31907A DE M0031907 A DEM0031907 A DE M0031907A DE 1079728 B DE1079728 B DE 1079728B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
friction wheel
commutator
contact
shaft
friction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEM31907A
Other languages
English (en)
Inventor
Matsuo Mishima
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of DE1079728B publication Critical patent/DE1079728B/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K13/00Structural associations of current collectors with motors or generators, e.g. brush mounting plates or connections to windings; Disposition of current collectors in motors or generators; Arrangements for improving commutation
    • H02K13/006Structural associations of commutators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)

Description

  • Stromwendevorrichtnng, insbesondere für Gleichstrom-Kleinstmotoren Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Stromwendevorrichtungen für Gleichstrommaschinen, insbesondere sehr kleine Gleichstrommotoren, die beispielsweise einen Rotordurchmesser von nur etwa 8 mm haben.
  • Bei den üblichen Stromwendevorrichtungen für Gleichstrommotoren steht der Stromwender entweder in Kontakt mit einem bürstenförmigen Kollektor oder mit der Umfangsfläche eines Reibradkollektors, über welchen der elektrische Strom zu- oder abgeführt werden kann.
  • Jedoch muß bei einem Stromwender mit Bürstenkollektoren, auch wenn alle Teile sehr klein sind, ein genügend hoher Kontaktdruck ausgeübt werden, um den elektrischen Kontakt zwischen den Kontaktflächen aufrechtzuerhalten, und es ist daher nicht möglich, die hierbei auftretenden Reibungsverluste zu vermindern.
  • Das Verhältnis dieser Reibungsverluste, bezogen auf die Ausgangsleistung eines Motors normaler Größe, ist so gering, daß sich in der Praxis keine Beanstandungen ergeben. Bei sehr kleinen Motoren jedoch, die einen Rotordurchmesser von nur 8 mm besitzen, auf welche sich die Erfindung in erster Linie bezieht, kann der erforderliche Kontaktdruck nicht unter eine bestimmte Grenze abgesenkt werden, obwohl schon das erzeugte Drehmoment selbst sehr -gering ist. Deshalb steigt das Verhältnis der Reibungsverluste zum erzeugten Drehmoment beträchtlich an, so daß sich eine solche Konstruktion für den Betrieb nicht eignet.
  • Steht der Stromwender in Kontakt mit einem Reibradkollektor, so ergibt sich eine relativ große wirksame Masse, da zu der Masse des Reibrades selbst noch die Masse des Lagers und der Stützmittel hinzukommt, die notwendig sind, um das Reibrad dauernd in Rollkontakt mit dem Umfang des Stromwenders zu halten. Ferner wird die Rollberührung durch eine nicht zu vermeidende Exzentrizität der Stromwenderfläche, die Unebenheit zwischen verschiedenen Segmenten des Stromwenders und schließlich der Exzentrizität des Reibrades beeinflußt. Damit das Reibrad in zufriedenstellender Weise dynamisch dem Umfang des Stromwenders folgen, gleichzeitig aber einen beständigen Kontakt herstellen kann ist es notwendig, daß das Reibrad mit einem beträchtlichen Kontaktdruck auf den Umfang des Stromwenders gedrückt wird. Fehlt dieser große Kontaktdruck, so fängt das Reibrad an zu schlagen, es treten Unterbrechungen des elektrischen Stromes auf, und es ergibt sich schließlich ein dauernd schlechter Kontakt auf Grund der durch Funkenbildung aufgerauhten Kontaktflächen. Wenn andererseits der Kontaktdruck groß gemacht wird, kommt zu der in Verbindung mit Bürsten erwähnten Herabsetzung des nutzbaren Drehmoments noch die Verkürzung der Lebensdauer auf Grund von Abnutzung hinzu.
  • Die vorgenannten Schwierigkeiten sind bei Kleinstmotoren besonders schwerwiegend, weil die Reibungsverluste hier einen so großen Teil des erzeugten Drehmoments ausmachen können, daß der Motor gar nicht erst anläuft, und weil diese Motoren gegenüber Abnutzung besonders empfindlich sind. Deshalb sind für Kleinstmotoren Reibradkollektoren bisher nicht angewandt worden.
  • Es gibt Stromwendevorrichtungen, bei denen die Reibräder am freien Ende eines einseitig angelenkten Hebelarmes gelagert sind. Bei diesem System muß jeweils eine relativ große Masse bewegt und aus diesem Grunde umgekehrt eine relativ große Anpreßkraft durch Federn oder Magnetkräfte vorgesehen werden-Es gibt ferner Stromwendevorrichtungen mit rotierendem Stromwender und Stromabnehmern in Form von Reibrädern deren Wellen in stationären Lagern geführt und drehbar gelagert sind. Hierbei war es aber bislang nicht möglich, die einmal eingestellte Lage der Reibräder gegenüber dem Stromwender zu ändern, so daß starke Schläge mit kontaktlosen Zeiten abwechseln.
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromwendevorrichtung des letztgenannten Typs, wobei diese dadurch verbessert ist, daß die Reibräder unter :der Wirkung einer in Richtung ihrer Drehachse wirkenden, an der Reibradwelle angreifenden Federkraft über Randflansche mit der kontaktgebenden Mantelfläche des rotierenden Stromwenders in rollendem Eingriff stehen. Bei dieser Konstruktion ist es möglich, die Masse der beweglichen Teile des Kollektors infolge der starren Lagerung so klein wie möglich zu halten, trotzdem aber ein leichtes Folgen der Reibräder hinsichtlich der Stromwenderoberfläche zu gewährleisten, ohne daß ein übermäßiger Kontaktdruck notwendig ist. Auf diese Weise ergibt sich ein absolut sicheres Arbeiten, geringer Verschleiß und eine lange Lebensdauer. Die Anordnung selbst läßt sich äußerst klein ausbilden, so daß sie mit bestem Ergebnis bei elektrischen Kleinstmaschinen höchster Drehzahl Verwendung finden kann. Es wurde festgestellt, daß mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ein Wirkungsgrad von 65 0/o erzielt werden kann, wie er bisher niemals für Gleichstrom-Kleinstmaschinen mit einem Rotor von etwa 8 mm Durchmesser erreicht wurde. Es ergibt sich ein stabiler Betrieb und eine sehr große Lebensdauer, beispielsweise von mehr als zweitausend Stunden.
  • Es ist zwar eine Stromwendovorrichtung bekannt, bei der eine Taumelscheibe mittels senkrecht zur Scheibe wirkenden Federdrucks gegen eine feststehende in einer Ringfläche liegende Stromwendevorrichtung gedrückt wird. Hierbei tritt aber eine nur sehr geringe Abwälzgeschwindigkeit zwischen Stromwenderfläche und Taumelscheibe auf, so daß sich leicht Staubteilchen oder Oxyde dazwischen absetzen können. Außerdem ist Aufbau und Lagerung einer solchen Taumelscheibe sehr kompliziert, so daß sie für Kleinstmotoren nicht in Frage kommt. Schließlich ist die Taumelscheibe über einen Kurbelarm mit der Rotorwelle gekuppelt, so daß bei hoher Drehzahl auf Grund der Zentrifugalkraft starke Reibungswiderstände auftreten.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, in welcher zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindung, Fig.2 eine Teildraufsicht auf die Ausführungsform nach Fig. 1 und Fig.3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
  • In Fig. 1 bildet das Polpaar A und B einen Feldmagneten, der in Pfeilrichtung wirkt. Das Feld wird vorzugsweise durch einen Dauermagneten erzeugt, kann aber auch durch einen Elektromagneten hervorgerufen sein. Zwischen den Feldmagnetpolen A und B befindet sich der Rotor 2. Die Segmente des kleinen Stromwenders 4 haben einen Durchmesser in der Größenordnung der Rotorwelle 1 und sind an entsprechenden Stellen 15 mit einer Wicklung des Rotors 2 verbunden. Ein Lager für die Rotorwelle 1 ist schematisch bei 3 veranschaulicht. Ein mehrstufiger Ölabstreifer 12 verhindert, daß Lageröl in die Stromwendevorrichtung eindringt.
  • Als Kollektor dient ein Reibrad 5 geringer Masse. Dessen metallische Welle 6 ist in Lagern 8 gehalten. An dem vorderen Ende der Welle 7 befindet sich ein konisches Metallkontaktstück 7, gegen das ein konkaves Kontaktstück 9 mit geringer Masse in Richtung der Welle 6 mittels einer Druckfeder 10 gedrückt wird.
  • Die äußere Fläche des Reibrades 5 steht, wie in Fig.2 gezeigt, mit dem Umfang des Stromwenders über eine Breite T in Kontakt, und das Reibrad 5 dreht sich gemäß der Drehung des Stromwenders 2.
  • Der Kontaktdruck zwischen dem Reibrad 5 und dem Stromwender 4 kann durch entsprechendes Vor- oder Zurückschrauben einer Stellschraube 11 für die Druckfeder 10 genau einjustiert werden. Wenn E in Fig. 1 mit einer Gleichstromquelle verbunden wird, erzeugt der Rotort als Motor ein Drehmoment. Wenn eine elektrische Belastung bei E angeschlossen und die Welle 1 gedreht wird, erzeugt der Rotor als Generator eine elektromotorische Kraft und führt der Belastung elektrische Leistung zu.
  • Eines der wesentlichen Merkmale der Erfindung ist es, daß das Reibrad eine sehr einfache Konstruktion hat und ihm lediglich ein Kontaktflansch und eine dünne Welle zugeordnet sind und daß die Richtung der Welle 6 des Reibrades mit derjenigen Richtung übereinstimmt, in der sich das Reibrad bewegt, wenn es auf Grund von Unebenheiten an der Oberfläche des Stromwenders 4 dynamisch ausweichen muß. Die Lager 8 für die Welle 6 des Reibrades 5 sind stationär am Gehäuse befestigt, so- daß lediglich die dünne Welle 6, die mit dem Reibrad 5 fest verbunden ist. einer solchen Ausweichbewegung zu folgen braucht. Demgemäß ist die Gesamtmasse der bewegten Teile stark vermindert, und zwar um die Masse der Lager und anderer Stützteile, verglichen mit der wirksamen Masse bekannter Stromwendevorrichtungen, bei denen das Reibrad am freien Ende eines Schwenkhebels angeordnet ist, so daß sowohl das Schwingungsverhalten und die Reibungsverluste verbessert werden.
  • Des weiteren benötigt man als Folge der Verminderung der wirksamen Masse der schwingenden Teile nur einen sehr geringen Kontaktdruck, d. h. eine verhältnismäßig schwache Druckfeder 10. Aus diesem Grunde kann auch der Durchmesser der Welle 6 hinsichtlich der mechanischen Festigkeit sehr klein gewählt werden. Demnach folgt die Vorrichtung beim Drehen genau den Unebenheiten des Stromwenders 4 bei sehr geringem Kontaktdruck, es tritt kein Schlagen und/oder ein plötzliches Abheben auf, wie es bei den bekannten Vorrichtungen der Fall war. Außerdem ist die Abnutzung der Teile auch bei langem Lauf sehr gering, da nur ein geringer Kontaktdruck zwischen dem Ende der Welle 6 und dem Kontaktstück 9 erforderlich ist. Somit kann bei gutem Kontakt eine lange Betriebszeit bei hohen Umdrehungen gewährleistet werden.
  • Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Federkraft der einzelnen Druckfeder 10 dreierlei Zwecken dient, nämlich erstens als Rückführkraft für die Folgebewegung, welche das Reibrad durchführen muß, wenn es den Exzentrizitäten und Unebenheiten des Stromwenders folgt, zweitens dem elektrischen Kontaktdruck zwischen der Welle 6 und dem Kontaktstück 9 und schließlich dem Kontaktdruck zwischen dem Stromwender 4 und dem Reibrad 5. Da die Stromzuführvorrichtung mit dem Kontaktflansch und der Welle eine sehr einfache Konstruktion hat und deshalb mit sehr geringem Gewicht bei kleinster wirksamer Masse hergestellt werden kann, verglichen mit den bekannten Vorrichtungen, bei denen zusätzlich ein Lager und Stützmittel von einer Feder mit angedrückt werden müssen, wenn der äußere Umfang des Reibrades mit dem Stromwender in Eingriff steht, ist bei der erfindungsgemäßen Konstruktion die in der Druckfeder bei einer Folgebewegung zu speichernde Federenergie gering und die die Folgebewegung begleitende Reibung außerordentlich niedrig. Somit ergibt sich ein höherer Wirkungsgrad auch bei einem Kleinstmotor mit geringerAusgangsleistung, und man erhält bei niedrigem Kontaktdruck einen beständigen Kontakt über einen langen Zeitraum, so daß eine lange Lebensdauer erzielbar ist.
  • Der Flanschteil des Reibrades 14 in Fig. 3 ist konisch und wird an einen konischen Stromwender 13 gedrückt. Die Konstruktion der entsprechenden Wellen der Reibräder 14, der Lager, der konkaven Kontaktstücke, die gegen das Wellenende anliegen, der Druckfeder usw. sind ähnlich denjenigen Teilen, die in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1- und 2 gezeigt sind. Aus diesem Grunde sind sie in Fig. 3 fortgelassen. Auch hinsichtlich der drei Funktionen der Druckfeder, welche gegen das Wellenende des Reibrades 14 über das konkave Kontaktstück drückt, d. h. den Kontaktdruck zwischen Kontaktstück und Wellenende herzustellen, den Kontaktdruck zwischen Reibrad und Stromwender herzustellen und Rückführkräfte für die Folgebewegung des Reibrades zu speichern, sind bei der Vorrichtung in Fig.3 äquivalent denjenigen der Fig. 1 und 2. Auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 kann die Welle des Reibrades nur in Richtung ihrer Achse verschoben werden, wenn die konische Fläche des Reibrades über Exzentrizitäten und Unebenheiten des konischen Stromwenders hinwegrollt. Somit stimmt die Richtung, in welcher das Reibrad die Folgebewegung ausführt, mit der Richtung der Welle des Reibrades überein, also genauso wie im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1.
  • Wie bereits erwähnt, ist die Stromwendevorrichtung für elektrische Maschinen, insbesondere solche sehr geringer Größe, einschließlich elektrischer Generatoren dadurch charakterisiert, daß eine drehbare Welle 6 in wenigstens einem festen Lager gehalten ist, daß ein Reibradkollektor 5 vorgesehen ist, der einen Randflansch in Rollkontakt mit dem Umfang eines Stromwenders besitzt und an einem Ende der erwähnten Welle befestigt ist, wobei ferner ein elastisches Glied 10 mit einem Kontaktstück 9 vorgesehen ist, das nicht nur das Reibrads in Kontakt mit dem Stromwender 4 drückt, sondern gleichzeitig auch den elektrischen Kontakt zur Welle 6 herstellt und ferner däß das Reibrad 5 nicht nur in rollendem Kontakt mit dem Umfang des Stromwenders 4 steht, sondern ferner so angeordnet ist, daß es sich frei in Richtung der Welle 6 dieses Reibrades verschieben kann, um dadurch beim Drehen zusammen mit dem Stromwender 4 den Unregelmäßigkeiten seiner Oberfläche zu folgen.
  • Um die Lage der Kontaktpunkte zwischen Welle 6 und Kontaktstück 9 zu stabilisieren und um die Reibungsverluste auf ein Minimum herabzusetzen, wird dem Kontaktstück 9 vorzugsweise auf der mit der Welle 6 des Reibrades 5 in Berührung stehenden Seite eine konkave Form gegeben. Damit der elektrische Widerstand klein ist, kann man das Kontaktstück aus einem elektrisch gut leitenden Material herstellen oder aber die Spitze 7 der Welle 6 des Reibrades mit einem gute elektrische Eigenschaften besitzenden Material überziehen. Auf diese Weise wirkt das Kontaktstück 9 als elektrisch leitendes Drucklager.
  • Wenn die Stromwendevorrichtung gemäß der Erfindung in der vorstehend beschriebenen Weise aufgebaut ist, kommt ein Teil der Außenfläche des Stromwenders 4 mit einem Teil des Reibrades in Eingriff, während sich beide drehen; die Richtung der Reibradwelle liegt derart, daß sie mit derjenigen Richtung übereinstimmt, in welcher das Reibrad beim Überrollen von Exzentrizitäten und Unebenheiten der Stromwenderkontaktfläche eine Nachfolgebewegung durchführt. Und da ein sehr leichtes Reibrad an dem einen Ende der Welle 6 verwendet wird, dient der auf die Spitze 7 der sich drehenden Reibradwelle ausgeübte Druck gleichzeitig dazu, den elektrischen Kontaktdruck an dieser Stelle und auch zwischen Reibrad 5 und Stromwenderumfang herzustellen. Des weiteren kann die Stromwendevorrichtung nach der Erfindung ein Reibrad von äußerst einfacher Konstruktion besitzen, das lediglich mit einem Kontaktflansch und einer dünnen Welle ausgestattet ist.
  • Da gemäß der Erfindung die Stromwendevorrichtung sehr leicht hergestellt werden kann, ist auch ihr mechanischer Widerstand gering. Da ferner das Reibrad, während es in rollendem Kontakt mit dem Stromwender steht, zusammen mit seiner Welle beim Drehen in dem ölfreien Lager gleiten und auch bei kleinen Kontaktdrücken den Unebenheiten der Stromwenderoberfläche folgen kann, werden gute elektrische Kontakte zwischen Stromwender und Reibrad auch bei hoher Drehzahl ohne das Auftreten von Stößen oder übermäßiger Abnutzung erzielt.
  • Die vorliegende Erfindung soll nicht auf die vorbeschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt sein, es können Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann der Winkel zwischen der Reibradwelle 6 und der Welle 1 des Rotors irgendeinen beliebigen Wert zwischen 90 und 180° zwischen der Reibradwelle 6 und der Ankerwelle 1 haben.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Stromwendevorrichtung mit rotierendem Stromwender und Stromabnehmern in Form von Reibrädern, deren Wellen in stationären Lagern geführt und drehbar gelagert sind, insbesondere für Gleichstrom-Kleinstmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibräder unter der Wirkung einer in Richtung ihrer Drehachse wirkenden, an der Reibradwelle angreifenden Federkraft über Randflansche mit der kontaktgebenden Mantelfläche des rotierenden Stromwenders in rollendem Eingriff stehen.
  2. 2. Stromwendevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckfeder über ein Kontaktstück auf das dem Reibrad abgewandte Ende der Reibradwelle einwirkt.
  3. 3. Stromwendevorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibradwelle in einem Winkel von 90 bis 180° zur Rotationsachse des Stromwenders steht. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 113 986, 124258, 124 742, 129 748; schweizerische Patentschrift Nr. 226 314.
DEM31907A 1955-09-30 1956-09-29 Stromwendevorrichtung, insbesondere fuer Gleichstrom-Kleinstmotoren Pending DE1079728B (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1079728X 1955-09-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1079728B true DE1079728B (de) 1960-04-14

Family

ID=14472722

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DEM31907A Pending DE1079728B (de) 1955-09-30 1956-09-29 Stromwendevorrichtung, insbesondere fuer Gleichstrom-Kleinstmotoren

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE1079728B (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE124742C (de) *
DE129748C (de) *
DE113986C (de) *
DE124258C (de) *
CH226314A (de) * 1941-09-26 1943-03-31 Schenk Fritz Abwälzkontakt.

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE124742C (de) *
DE129748C (de) *
DE113986C (de) *
DE124258C (de) *
CH226314A (de) * 1941-09-26 1943-03-31 Schenk Fritz Abwälzkontakt.

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4404791C1 (de) Baueinheit aus einem Verbrennungsmotor und einem elektrischen Generator
DE2719736A1 (de) Generatoranordnung fuer ein kraftfahrzeug
CH695974A5 (de) Gleichstrommotor mit Kollektor und Kohlebüsten.
EP1149458A1 (de) Elektromotor mit elektromagnetischer bremse
DE2748550A1 (de) Elektrische maschine
AT507470B1 (de) Antriebsvorrichtung für den druckbalken einer biegepresse
DE2625481A1 (de) Lagervorrichtung fuer den anker eines elektromotors
DE1079728B (de) Stromwendevorrichtung, insbesondere fuer Gleichstrom-Kleinstmotoren
DE521047C (de) Ausgestaltung an Elektromotoren, bei der Kollektor und Buerste zu rollender Reibung aneinander ausgebildet sind
DE10027614A1 (de) Elektromotor, insbesondere Lüftermotor
DE102011003038A1 (de) Windkraftgenerator mit Gleitlager und Axial-Schleifringvorrichtung
DE2735759C2 (de)
DE102007058738A1 (de) Gleichstrommaschine mit stromgesteuertem Anpressdruck der Kohlebürste
DE2418242B2 (de) Elektrische Antriebseinheit, beispielsweise zum Antrieb von Trommelwaschmaschinen, bestehend aus zwei baulich zusammengefaßten Antriebsmotoren
CH352036A (de) Stromwendevorrichtung, insbesondere für Gleichstrom-Kleinstmotoren
DE3031321A1 (de) Rotations-kraftgenerator
DE102009020092A1 (de) Elektrische Maschine
DE2610715A1 (de) Elektrode fuer eine schweissmaschine
DE2538319C3 (de) Stromzuführungseinrichtung für Gleichstrommaschinen
DE102014107179B4 (de) Motor und Herstellungsverfahren einer bewegungseinschränkenden Struktur
DE2319306C3 (de) Elektrischer Drehschalter
DE3028580A1 (de) Elektromagnetische federdruckbremse
DE271212C (de)
DE748704C (de) Einrichtung zum federnden Begrenzen des Laengsspiels der in Gleitlagern laufenden Ankerwelle von Elektrokleinmotoren
DE10058872A1 (de) Bürste und Bürstenanordnung für eine dynamo-elektrische Maschine