DE1941593A1

DE1941593A1 - Brush lifting device for an electric commutator machine

Info

Publication number: DE1941593A1
Application number: DE19691941593
Authority: DE
Inventors: Jones Frederick Raymond
Original assignee: Plessey Co Ltd
Current assignee: Plessey Co Ltd
Priority date: 1968-08-16
Filing date: 1969-08-16
Publication date: 1970-02-19
Also published as: US3591820A; FR2024763A6; GB1281336A

Description

PatentanwaltPatent attorney Dr.-Imj. Wilhelm Reichel _6OO5 Dr.-Imj. Wilhelm Reichel _6OO5

Frankfurt/Main-1.
Parksiraße 13Frankfurt / Main-1.
Park street 13

THE PLESSEY COMPANY LIMITED, Ilforä, EnglandTHE PLESSEY COMPANY LIMITED, Ilforä, England

Bürstenabhebvorrichtung für eine elektrische Kommutator-Maschine
Zusatz zu Hauptpatent .... (Patentanmeldung P 19 220 97.4)Brush lifting device for an electric commutator machine
Addition to main patent .... (patent application P 19 220 97.4)

Die Erfindung betrifft eine Bürstenabhebvorrichtung nach dem Hauptpatent ... (Patentanmeldung. P 19 220 97.4).The invention relates to a brush lifting device according to the main patent ... (patent application. P 19 220 97.4).

Das Hauptpatent betrifft eine Vorrichtung zum Abheben der Bürsten vom Kommutator einer elektrischen Maschine, mit einem Bürstenabhebelement, das durch eine'Federvorrichtung in eine Burstenabheblage gedruckt wird, und mit einer Drehsolenoidanordnung, die einen Rotor und einen Stator aufweist, von denen der Rotor.mit dem Bürstenabhebelement verbunden ist, und dadurch der Wirkung der Federvorrichtung entgegenwirkt, wenn der-Solenoid erregt ist, so daß er in eine Lage bewegt wird, in der er die Bürsten mit dem Kommutator in Berührung hält.The main patent relates to a device for lifting the brushes from the commutator of an electrical machine, with a Brush release element, which is supported by a 'spring device in a brush lift-off is printed, and with a rotary solenoid assembly, which has a rotor and a stator, of which the rotor is connected to the brush lever element is, and thereby counteracts the action of the spring device when the solenoid is energized, so that it is in a position is moved in which he keeps the brushes in contact with the commutator.

Der Stator kann mindestens ein Paar radial versetzter Polstücke aufweisen, und der Rotor kann ein Ankerbauteil umfassen, das so angeordnet und ausgebildet ist, daß es in den Spalt zwischen ihnen hineindrehbar ist₈ sowie der Solenoid erregt ist. Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist mindestens eines der Polstücke durch einen einzigen winkligen Schnitt ausgebildet, so daß die Breite des Spaltes zwischen den Polen abnimmt, wenn sich das Ankerbauteil zwischen sie hineinbewegt.The stator may have at least one pair of radially offset pole pieces and the rotor may include an armature component which is arranged and configured to be rotatable ₈ into the gap between them as soon as the solenoid is energized. In accordance with one feature of the invention, at least one of the pole pieces is formed by a single angled cut so that the width of the gap between the poles decreases as the armature component moves therebetween.

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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sitzt auf dein ;' Rotor ein Hilfspolstück, das nur dann wirksam ist, wenn der Rotor weitgehend diese Lage einnimmt, und mit dem Stator dahingehend zusammenwirkt, daß sich eine Strecke mit verhältnismäßig geringem magnetischem Widerstand zwischen Rotor und Stator ergibt. -According to a further feature of the invention sits on your; ' Rotor is an auxiliary pole piece that is only effective when the rotor largely assumes this position, and cooperates with the stator to the effect that a distance with results in relatively low magnetic resistance between the rotor and stator. -

Die Strecke mit geringem magnetischem Widerstand vergrößert die "Haltekraft" des Solenoiden. .The low reluctance stretch increases the "holding power" of the solenoid. .

Die Bürstenabhebevorrichtung nach der Erfindung wird nun anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. The brush lifting device according to the invention will now be described in more detail with reference to an embodiment shown in the drawings.

Pig. 1 ist eine Axialschnittansicht einer Synchrongenerator" und Anlasser-Erregereinheit und enthält die Bürstenabhebvorrichtung nach dem Hauptpatent. 'Pig. 1 is an axial sectional view of a synchronous generator and starter excitation unit and including the brush lifting device according to the main patent. '

Fig. 2.ist die Schnittansicht 2-2 nach Fig. 1, wobei der Sektor A mit anliegender'Bürste und der übrige Te,il der Figur mit abgehobener Bürste dargestellt ist.Fig. 2. is the sectional view 2-2 of Fig. 1, wherein the Sector A with adjacent brush and the remaining part of the Figure is shown with the brush lifted.

Fig. 3 ist die Querschnittsansicht 3-3 nach Fig. 1.FIG. 3 is the cross-sectional view 3-3 of FIG. 1.

Fig. A zeigt den Querschnitt nach Fig. 2 mit einer gemäß der Erfindung abgewandelten -Einheit undFIG. A shows the cross section according to FIG. 2 with a unit and modified according to the invention

Fig. 5 zeigt in graphischer Darstellung die Abhängigkeit des Drehmoments vom Drehwinkel des Drehsolenoiden bei verschiedenden Polstück-Konfigurationen» ν5 shows the dependency in a graphical representation of the torque from the rotation angle of the rotary solenoid at different Pole piece configurations »ν

Die Zeichnung zeigt ein zweiteiliges Gehäuse 1, 2, in dem zwei Rotoreinrichtungen 9 und 17, die auf einer gemeinsamen Welle 7 sitzen, jeweils innerhalb einer Stator-Eisen- The drawing shows a two-part housing 1, 2 in which two rotor devices 9 and 17, which sit on a common shaft 7, each within a stator iron

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Anordnung 11 und einer Feldanordnung 18 drehbar sind. Die Wicklung 19 auf dem Rotor 17 ist mit einem Kommutator 20 verbunden, der mit einer Gruppe von Bürsten 21, von denen nur eine dargestellt ist, zusammenarbeitet, wenn der Rotor als r.'otoranker zum Anlassen einer Verbrennungskraftmaschine betrieben wird, die durch eine Stummelwelle 23 mit der Welle 7 verbunden ist. Eine Bürstenabhebvorrichtung 30 dient zum Abheben der Bürsten 21 vom Kommutator, ausgenommen dann, wenn der Motor 17, 18 als Anlasser der Verbrennungskraftmaschine' betrieben wird und die Rotordrehzahl unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, der zwischen der Selbstlaufdrehzahl und der Kenndrehzahl der Verbrennungskraftmaschine liegt. Die bis hierher beschriebene Anordnung ist im Hauptpatent, ausführlicher beschrieben, während die Bürstenabhebvorrichtung im folgenden anhand der Zeichnungen ausführlicher beschrieben wird.Arrangement 11 and a field arrangement 18 are rotatable. the Winding 19 on rotor 17 is connected to a commutator 20 connected, which cooperates with a group of brushes 21, only one of which is shown, when the rotor as r.'otor anchor for starting an internal combustion engine operated by a stub shaft 23 with the shaft 7 is connected. A brush lifting device 30 is used to lift the brushes 21 from the commutator, with the exception of when the motor 17, 18 is operated as a starter of the internal combustion engine 'and the rotor speed is below one predetermined value lies between the self-running speed and the rated speed of the internal combustion engine lies. The arrangement described so far is described in more detail in the main patent, while the brush lifting device is described in more detail below with reference to the drawings.

Die Bürstenabhebvorrichtung umfaßt einen drehbaren Solenoiden mit einem ringförmigen Stator 33, dessen Querschnitt U-förmig ist, der vor dem Anker 17 angeordnet ist und eine Wicklung enthält. Auf der offenen Seite des U ist seine Außenwand in mehrere Polstücke 35 unterteilt, die jeweils einem inneren Polstück 36 gegenüberstehen, das mit der in radialer Richtung inneren Wand des einen U-förmigen Querschnitt aufweisenden Ring-Körpers 33 verbunden ist. Diese Anordnung ist ' an der Stelle 37 in einem ruhenden Gehäusekörper 38 gelagert und mit einer Bohrung 39 versehen, deren Wand in radialer Richtung von der Welle 7 beabstandet ist. In dieser Bohrung 39 ist eine Buchse 41 drehbar gelagert, die einen FlanschThe brush lifting device comprises a rotatable solenoid with an annular stator 33, the cross section of which is U-shaped which is arranged in front of the armature 17 and contains a winding. On the open side of the U, its outer wall is in a plurality of pole pieces 35 divided, each facing an inner pole piece 36, which with the in the radial direction inner wall of the U-shaped cross section having ring body 33 is connected. This arrangement is' mounted at the point 37 in a stationary housing body 38 and provided with a bore 39, the wall of which in radial Direction from the shaft 7 is spaced. In this bore 39 a bushing 41 is rotatably mounted, which has a flange

42 aufweist, auf dem magnetisierbare Ankerpolstückplatten42 has on the magnetizable armature pole piece plates

43 sitzen, die in den Raum zwischen den Polstücken 35 und den Polstücken 38 ragen. Die radiale Dicke der Polstücke 43 ist kleiner als die minimale radiale Breite dieses Spaltes (oder Raums), so daß ein Luftspalt sowohl auf der Innen-43 sit in the space between the pole pieces 35 and the pole pieces 38 protrude. The radial thickness of the pole pieces 43 is smaller than the minimum radial width of this gap (or space), so that an air gap on both the inner

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als auch der Außenseite jedes .Polstückes verbleibt, wenn 'sich das Polstück bis zur maximalen Tiefe in den Raum oder Spalt bewegt hat. Spiralstreifenfedern 44, die jeweils zwischen dem ruhenden Gehäusekörper 38 und einem Block 45 befestigt sind, der am Plansch 42 angebracht ist, drücken die Planschplatte 42 in diejenige Winkellage, in der ihre Ankerpolstücke die bei 43 angedeutete lage einnehmen. Bürsten sind in Bürstenhalterarmen 47 angeordnet, die an der Stelle 48 schwenkbar gelagert sind, und die Arme 47 werden durch Federn 49 gedruckt, um die Bürsten 21 an den Kommutator 20 zu legen. Jeder Arm 47 ist mit einem Nocken 50 versehen, der eine abgeschrägte Oberfläche 51 hat, und auf der Plansch platte 42 sitzen vier Abhebrollen.52. Wenn sich die Platte 42 am Ende des Anlaßvorgangs bewegt,, um ihre Polstücke aus der lage 43a im Sektor A nach Fig. 2 in die Lage 43 zu bewegen, steht jeder Arm 47 mit einer der Rollen 52 in Berührung, die die Oberfläche 51 berührt und dadurch den Arm 47 anhebt und mithin die Bürste 21 vom Anker 20 abhebt. We,nn die Verbrennungskraftmaschine angelassen werden soll und bevor an den Anlassermotor über die Bürsten 21 Spannung gelegt ist, wird die· Wicklung 34 erregt, und der resultierende magnetische Fluß bewirkt, daß der Plansch 42,rotiert. Die Polstücke 43 bewegen sich aus ihrer in Pig. 2 gezeigten Normallage aus dem Sektor A hinaus in die Lage 43a und lassen den Flansch 42 in Richung des Pfeils X rotieren, wobei sich die Rollen 58 auf den Nockenoberflächen 51 bewegen und ■den Federn 49 gestatten, die Bürsten 21 gegen den Kommutator 20 zu drücken. Wenn die Verbrennungskraftmaschine gezündet und ihre Selbstlaufdrehzahl erreicht hat, schaltet ein drehzahlempfindlicher Schalter 53 den Anlasserstrom und die Erregung der Wicklung 34 aus. Die Federn 44 stellen den Flansch 42 in seine außerhalb des Sektors A dargestellte Lage zurück, und die Rollen 52 arbeiten mit den Nockenober-as well as the outside of each .Polstückes remains if 'the pole piece to the maximum depth in the space or Gap has moved. Spiral strip springs 44, each fastened between the stationary housing body 38 and a block 45 which is attached to the paddock 42, press the paddling plate 42 into the angular position in which its armature pole pieces assume the position indicated at 43. to brush are arranged in brush holder arms 47 which are pivotably mounted at point 48, and the arms 47 are through Springs 49 printed to the brushes 21 on the commutator 20 to lay. Each arm 47 is provided with a cam 50, which has a beveled surface 51, and on the splash Plate 42 has four lift-off rollers. 52. When the plate 42 moves at the end of the tempering process, its pole pieces are removed move from position 43a in sector A according to FIG. 2 to position 43, each arm 47 is in contact with one of the rollers 52 which contacts the surface 51 and thereby the arm 47 lifts and consequently the brush 21 lifts off the armature 20. If the internal combustion engine is to be started and before voltage is applied to the starter motor via the brushes 21 is, the coil 34 is energized and the resulting magnetic flux causes the splash 42 to rotate. the Pole pieces 43 move out of their in Pig. 2 shown Normal position out of sector A into position 43a and let flange 42 rotate in the direction of arrow X, with the rollers 58 move on the cam surfaces 51 allowing the springs 49 to push the brushes 21 against the commutator 20 to press. When the internal combustion engine has ignited and reached its self-running speed, it switches a speed-sensitive switch 53, the starter current and the excitation of the winding 34 off. Set the springs 44 the flange 42 in its outside of the sector A shown Position back, and the rollers 52 work with the cam upper

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flächen 51 der Nocken dahingehend zusammen, daß sie die Bürsten vom Kommutator abheben. Diese Burstenabhebvorrichtung ist im Hauptpatent ausführlicher beschrieben.surfaces 51 of the cam together to the effect that they the Lift the brushes off the commutator. This brush lifting device is described in more detail in the main patent.

Da das Drehmoment der Federn 44 mit der'Bewegung der Scheibe aus der Lage, aus der die Bürsten abgehoben sind, in die Lage, in der sie anliegen, zunimmt, ist es zweckmäßig, dafür zu sorgen, daß das Drehmoment des rotierenden Solenoiden einem ähnlichen Gesetz folgt und sich zumindest nicht zu sehr während der Burstenanlegebewegung verringert. Deshalb sind die sich gegenüberliegenden Polstücke 43 und die Polstücke des ringförmigen Körpers 33 in ümfangsrichtung derart winkelmäßig versetzt, daß der Spalt auf mindestens einer der radial inneren und äußeren Oberflächen der Polstüeke enger wird, wenn diese Polstüeke 'in den Raum zwischen den inneren und äußeren Polstücken 35 und 36 des Solenoid-Stator-Körpers 33 bewegt werden, wie dies in Fig. 2 bei der radial' äußeren Oberfläche· 36a der Polstücke 36 gezeigt ist.Since the torque of the springs 44 with the movement of the disc from the position from which the brushes are lifted to the position in which they rest, it is useful for this to ensure that the torque of the rotating solenoid obeys a similar law, and at least not to itself decreased very much during the brush application movement. That's why the opposing pole pieces 43 and the pole pieces of the annular body 33 are angularly offset in the circumferential direction such that the gap on at least one the radially inner and outer surfaces of the pole piece becomes narrower when this pole piece is in the space between the inner and outer pole pieces 35 and 36 of the solenoid stator body 33 are moved, as shown in Fig. 2 at the radially ' outer surface · 36a of pole pieces 36 is shown.

Die Änderung der Luftspaltbreite läßt sich dadurch erreichen, daß jedes der inneren Statorpolstücke 36 durch einen Winkelstirnschnitt abgeschrägt wird. Die Kurve A in Fig. 5 zeigt den Verlauf der Drehmoment/Drehwinkel-Kennlinie des Drehsolenoiden vor der Polabschrägung und die Kurve B die gleiche Kennlinie bei abgeschrägten inneren Polstücken. Obwohl die Kurve B nicht eben ist, stellt sie doch insofern eine Verbesserung der Kurve A dar, als das Anfangsdrehmoment niedriger und das Drehmoment bei größerem Drehwinkel größer ist.The change in the air gap width can be achieved by cutting each of the inner stator pole pieces 36 through an angled face cut is beveled. Curve A in FIG. 5 shows the course of the torque / angle of rotation characteristic of the rotary solenoid before the pole slope and curve B the same Characteristic for beveled inner pole pieces. Although curve B is not level, it is an improvement in this respect of curve A when the initial torque is lower and the torque is greater with a larger angle of rotation.

Bei der in Fig. 4 dargestellten abgewandelten Ausführung sind-die Polstüeke 43a jeweils mit' einem Hilfspolstück 43b ^; versehen, von denen nur eins dargestellt ist. Jedes'Hilfs-In the modified embodiment shown in FIG. 4, the pole pieces 43a are each provided with an auxiliary pole piece 43b ^; provided, of which only one is shown. Each 'auxiliary

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polstuck 43b ist so angeordnet und ausgebildet, daß es^; eine niederreluktante Strecke zwischen den beiden Statorpolstücken 35 und 36 ausbildet, wenn die Bürsten nach der " Erregung des Solenoiden am Kommutator 20 anliegen.Polstuck 43b is arranged and designed so that it ^; a low-reluctance path between the two stator pole pieces 35 and 36 forms when the brushes are in contact with the commutator 20 after the solenoid has been excited.

Die Hilfspolstücke 43b können zweckmäßigerweise mit dünnen Streifen aus nichtmagnetischem Material (das nicht gezeigt ist) versehen sein, um einen Mindestflußspalt zwischen den Polstücken 43b und zugehörigen Stator-Polstückpaaren zu gewährleisten, wenn der Solenoid erregt ist. -Dieser Mindestflußspalt gewährleistet, daß die Polstücke 43b von den jeweiligen Stator-Polstückpaaren "gelöst"-"werden,-""wenn der Solenoid abgeschaltet wird. -The auxiliary pole pieces 43b can expediently with thin Strips of non-magnetic material (not shown) may be provided to provide a minimum flux gap between the Pole pieces 43b and associated stator pole piece pairs when the solenoid is energized. -This minimum flow gap ensures that the pole pieces 43b from the respective Stator pole piece pairs are "released" - "" if the Solenoid is switched off. -

Die Hilfspolstücke 43b sind von besonderem Vorteil bei Einrichtungen, bei denen der Solenoid aus derselben Quelle wie der elektrische Ahlaßmötor mit Strom versorgt wird. Beim Anlassen, nach dem Erregen des Solenoiden und dem Anlegen der Bürsten an. den Kommutator, zieht der Anlaßmotor einen hohen Strom,, der beispielsweise in der Größenordnung von 1000. Ampe*re liegen kann. Dieser hohe Strom, hat gewöhnlich einen starken Spannungsabfall an den Anschlüssen des Solenoiden zur Folge, der zwischen 48 und 6 Volt liegen kann. - The auxiliary pole pieces 43b are of particular advantage in devices where the solenoid is powered from the same source as the electric outlet motor. At the Starting after energizing the solenoid and applying it of the brushes. the commutator, the starter motor pulls one high current, for example of the order of 1000th Ampe * re can lie. This high current, usually has result in a sharp voltage drop at the connections of the solenoid, which can be between 48 and 6 volts. -

Die Hilfspolstücke 43a verstärken die Haltekraft des Sole» noiden und wirken dem Bestreben der Vorspannungsfedern 4β entgegen, die Kraft des Solenoiden .während der Zeit reduzierter Spannung zu überschreiten. The auxiliary pole pieces 43a increase the holding force of the sole » noiden and act to the endeavor of the preload springs 4β opposed to exceeding the force of the solenoid during the time of reduced tension.

Die Kurve C in Fig. 5 stellt den Verlauf der Abhängigkeit -des Drehmoments vom Drehwinkel bei der abgewandelten Ausführung nach Fig. 4 dar/ bei der die inneren Polstücke mit einem: einseitigen Winkelschnitt, d.h. einem Winkelstirn-The curve C in Fig. 5 shows the course of the dependency - of the torque on the angle of rotation in the modified embodiment according to FIG.

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sctaitt, versehen sind, bei dem also die Stirn der Polstücke abgeschrägt ist. Wie man sieht, ist der Verlauf der Kurve C weitgehend mit dem der Kurve B identisch, mit dem Unterschied, daß das Drehmoment in der Endstellung, in der die Bürsten angelegt sind, ansteigt,'während das Drehmoment nach der Kurve B in dieser Stellung auf einen niedrigen V/ert abgefallen ist.sctaitt, are provided, in which thus the forehead of the pole pieces is beveled. As you can see, the course of curve C is largely identical to that of curve B, with the The difference is that the torque in the end position in which the brushes are applied increases, while the torque after curve B has dropped to a low V / ert in this position.

Vorzugsweise sind nicht gezeigte Anschlagvorrichtungen vorgesehen, 'die die durch die Solenoidvvicklung 34 hervorgerufene Bewegung der Planschplatte 42 in Richtung des Pfeils X und die durch die Federn 44 in entgegengesetzter Richtung bewirkte Bewegung begrenzen,, und wie man sieht, ist letztere Grenze so gewählt, daß dasjenige Ende jedes Ankerpolstückes 43» das bei einer Bewegung in Richtung X vorausläuft, sich sehr viel näher bei dem >am nächsten befindliche Paar von Polstücken 35 und 36 befindet als sich das entgegengesetzte Ende derselben Polstücke bei dem übernächsten Paar von Polstücken 35 und 36 befindet. Dies gewährleistet, daß ein großes Drehmoment in der gewünschten Richtung erzeugt wird, wenn die Wicklung 34 zuerst erregt wird.Stop devices (not shown) are preferably provided, the movement of the splash plate 42 in the direction of the arrow caused by the solenoid winding 34 X and limit the movement caused by the springs 44 in the opposite direction, and as can be seen, it is the latter Limit chosen so that that end of each anchor pole piece 43 “which runs ahead when moving in direction X, is much closer to the> closest pair of Pole pieces 35 and 36 are located as the opposite end of the same pole pieces at the next but one pair of pole pieces 35 and 36 is located. This ensures that a large torque is generated in the desired direction, when winding 34 is energized first.

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Claims

1 ./Brush lifting device for 'an electrical, KornKutator-

A machine with an electric rotary solenoid operating in a radial direction Towards the inner and outer pole pieces ©, which delimit a radial air gap between them, and an armature having, which is connected to the brushes of the machine and depending on the excitation of the solenoid in the air gap is movable, according to the main patent ..., d a d u. r c h g e k e η η ζ e i c h η e t that the armature (43) is an auxiliary part (43b) which bridges the air gap when the main part of the armature (43) has been caused to move into the Air gap to move, such that a path with a relatively low magnetic resistance is formed and makes the solenoid largely insensitive to fluctuations in the strength of the excitation.

2. Brush lifting device according to claim 1, g e k e η η records by a thin non-magnetic Insert which is arranged on the armature - (43) and prevents the armature (43) from touching the pole pieces (35, 36), when he bridges the pole pieces (35, 36).

3. Brush lifting device according to claim 1 or 2, characterized g e k en η ζ ei c h η e t that the inner or outer pole piece (35, 36) is beveled on one side such that the air gap in the direction of movement of the armature converges into the air gap and causes the Torque of the solenoid increases as the armature penetrates further into the air gap. ■ ·

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4. Brush lifting device for an electric commutator machine with an electrical rotary solenoid, the radially inner and outer pole pieces that are between limit a radial air gap, and has an armature that is connected to the brushes of the machine and depending on the excitation of the solenoid in the air gap is movable, according to the main patent ...., thereby gekennzeichn et that at least one pole piece. (36) is beveled on one side in the direction of rotation in such a way that the air gap from the direction of entry of the armature (43) converges away and thereby the torque / motion characteristic of the solenoid during later stages of the entry of the Anchor in the air gap is improved.

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AC L e e ρ s e i \ e AC L ee ρ be \ e