DE19654381A1

DE19654381A1 - Electrical motor with tapered commutator e.g. for motor vehicle technology

Info

Publication number: DE19654381A1
Application number: DE1996154381
Authority: DE
Inventors: Zoran Ivkovic
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: GESELLSCHAFT FUER ELEKTRISCHE GERAETE GMBH & CO. K
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 1998-06-25

Abstract

The electrical motor has a commutator 16 that has a series of parallel commutator segments 6 with formed lugs embedded 15. The outer surface is cone-shaped and the commutator brushes 12 sit at angle. This reduces any rattling effect. The surface of the brush has a serrated profile 14 and this improves performance.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem einen Kollektor aufweisenden Rotor und mit jeweils in einem feststehenden, im wesentlichen senkrecht zu der Achse des Kollektors angeordneten Schacht verschiebbar gehaltenen, von einer Feder gegen den Kollektor vorgespannten Kohle bürsten, welche Lamellen des Kollektors elektrisch kon taktieren.The invention relates to an electric motor with one Collector rotor and each in one fixed, substantially perpendicular to the axis of the Collector arranged shaft slidably held, coal biased by a spring against the collector brush which slats of the collector are electrically con tact.

Solche Elektromotoren werden beispielsweise in der Kraft fahrzeugtechnik häufig eingesetzt und sind damit bekannt. Die Kollektoren weisen in der Regel eine geringe Rundlaufabweichung auf, die beispielsweise fertigungs bedingt oder von der Lagerung des Rotors hervorgerufen wird. Hierdurch werden die Kohlebürsten bei einer Drehung des Rotors in Schwingungen versetzt und erzeugen in Abhängigkeit von dem Spiel der Kohlebürsten in den Schächten sowie von der Drehzahl des Rotors störende Geräusche, die durch ein Klappern der Kohlebürsten in dem Schacht hervorgerufen werden. Man könnte daran denken, die Kohlebürsten und die Schächte mit besonders engen Toleranzen zu versehen. Hierdurch gestaltet sich der Elektromotor jedoch besonders kostenintensiv. Weiterhin besteht hierbei die Gefahr, daß die Kohlebürsten in ihren Schächten klemmen.Such electric motors are used, for example, in power Vehicle technology frequently used and are therefore known. The collectors usually have a low one Concentricity deviation on, for example, manufacturing conditioned or caused by the storage of the rotor becomes. This causes the carbon brushes to rotate of the rotor vibrates and generate in Dependence on the game of carbon brushes in the Shafts as well as disturbing from the speed of the rotor Noises caused by the rattling of the carbon brushes in the Shaft are caused. You might think the carbon brushes and the shafts with particularly narrow Tolerances. This creates the However, the electric motor is particularly expensive. Farther there is a risk that the carbon brushes in clamp their shafts.

Aus der Praxis ist bereits ein Elektromotor bekannt ge worden, bei dem die Kohlebürsten zur Geräuschminderung auf ihrer dem Kollektor abgewandten Seite jeweils eine Schräge aufweisen. Zwischen den Kohlebürsten und der Fe der ist ein Ausgleichselement mit einer an der Schräge der Kohlebürsten anliegenden Gleitfläche angeordnet, wel ches eine geringe Verspannung der Kohlebürsten in dem Schacht erzeugt. Das Ausgleichselement erzeugt eine kons tante Kraftrichtung der Feder bei einer sich abnutzenden Kohlebürste und verhindert hierdurch eine sich über die Betriebszeit verändernde Verspannung der Kohlebürste. Durch die geringe Verspannung liegt die Kohlebürste in dem Schacht an zwei Kanten an, so daß ein Klappern der Kohlebürste durch eine Rundlaufabweichung des Kollektors zuverlässig vermieden wird. Nachteilig bei dem bekannten Elektromotor ist, daß er ein zusätzliches Bauteil als Ausgleichselement benötigt. Das Ausgleichselement erhöht zudem die Kosten der Herstellung und verkleinert die aktive Kohlenlänge des Elektromotors.In practice, an electric motor is already known been using the carbon brushes to reduce noise one on each side facing away from the collector Have a slope. Between the carbon brushes and the Fe that is a compensating element with one on the slope the carbon brushes adjacent sliding surface arranged, wel ches a slight distortion of the carbon brushes in the Shaft created. The compensation element generates a cons aunt force direction of the spring with a wearing Carbon brush and thereby prevents one from over Operating time changing tension of the carbon brush. Due to the low tension, the carbon brush is in the shaft on two edges, so that a rattling of the Carbon brush due to a runout deviation of the collector is reliably avoided. A disadvantage of the known Electric motor is that it is an additional component Compensation element needed. The compensation element increases also reduces the cost of production and the active carbon length of the electric motor.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Elektro motor der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß er möglichst kostengünstig herstellbar und besonders ge räuscharm ist.The invention is based on the problem of an electric engine of the type mentioned so that he As inexpensive to manufacture and particularly ge is quiet.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kollektor im Bereich der Kohlebürsten einen Konus hat.This problem is solved according to the invention in that the collector in the area of the carbon brushes has a cone Has.

Durch diese Gestaltung werden die auf dem Kollektor glei tenden Kohlebürsten von dem Konus des Kollektors und dem senkrecht auf die Achse des Kollektors gerichtete Feder kraft in dem Schacht verspannt. Durch diese Verspannung liegen die Kohlebürsten an zwei Kanten an dem Schacht an, was eine deutliche Verminderung der Geräusche des Elek tromotors zur Folge hat. Da dank der Erfindung keine zu sätzlichen Ausgleichselemente für die Kohlebürsten zu fertigen und zu montieren sind, ist der erfindungsgemäße Elektromotor besonders kostengünstig herstellbar und weist besonders geringe Abmessungen auf. Die Form des Kollektors erfordert keinen zusätzlichen Arbeitsgang bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Elektromotors, da der Kollektor ohnehin abgedreht wird.This design means that they are the same on the collector carbon brushes from the cone of the collector and the Spring directed perpendicular to the axis of the collector braced in the shaft. Because of this tension the carbon brushes lie against the shaft on two edges, which is a significant reduction in the noise of the elec tromotors. Since no thanks to the invention additional compensating elements for the carbon brushes manufacture and assemble is the invention Electric motor particularly inexpensive to manufacture and has particularly small dimensions. The shape of the Collector does not require an additional operation the manufacture of the electric motor according to the invention since the collector is turned off anyway.

Der Elektromotor erzeugt im Betrieb gemäß einer vorteil haften Weiterbildung der Erfindung besonders geringe Ge räusche, wenn der Winkel α des Konus des Kollektors 1 bis 5° beträgt. Die Größe des Winkels α ist dabei abhängig von der Kohlebürste und dem Kohleschacht.The electric motor generates an advantage during operation adhere to the invention particularly low Ge noise when the angle α of the cone of the collector 1 to Is 5 °. The size of the angle α is dependent from the carbon brush and the coal shaft.

Der Elektromotor läßt sich gemäß einer anderen vorteil haften Weiterbildung der Erfindung besonders einfach mon tieren, wenn der Konus des Kollektors mit seinem kleins ten Durchmesser in eine von einer Spule des Rotors abge wandte Richtung weist. Durch diese Gestaltung läßt sich der Elektromotor axial montieren und demontieren, ohne daß zuvor die Kohlebürsten aus den Schächten entfernt werden müssen.The electric motor can be according to another advantage adhere to the invention particularly simple mon animals when the cone of the collector with its little one th diameter into one of a coil of the rotor facing direction. This design allows assemble and disassemble the electric motor without that previously removed the carbon brushes from the shafts Need to become.

Eine Bearbeitung der Kohlebürsten auf die Form des Kol lektors gestaltet sich in der Regel sehr aufwendig. Eine aufwendige Bearbeitung der Kohlebürsten läßt sich jedoch gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Er findung vermeiden, wenn die Kohlebürsten an ihrer an dem Kollektor anliegenden Seite eine Vielzahl von Erhöhungen aufweisen. Bezogen auf die Kohlebürstenlänge können die Erhöhungen eher groß oder eher klein sein; günstig kann es sein, wenn die Erhöhungen an der an dem Kollektor anliegenden Seite der Kohlebürsten von unterschiedlicher Größe sind. Durch die Erhöhungen berühren die Kohle bürsten den Kollektor nach der Montage im Bereich seines größten Durchmessers. Bei einer Bestromung des Elektromo tors wird der elektrische Strom deshalb zunächst über ei nen besonders geringen Querschnitt der Erhöhungen gelei tet. Hierdurch steigt die Temperatur in den Erhöhungen stark an, wodurch diese besonders schnell oxidiert wer den. Die Kohlebürsten werden anschließend der Form des Kollektors angepaßt. Ein weiterer Vorteil dieser Gestal tung besteht darin, daß Toleranzen des Kollektors und des Schachtes besonders schnell ausgeglichen werden.Machining the carbon brushes to the shape of the Kol lector is usually very complex. A complicated processing of the carbon brushes can, however according to another advantageous development of the Er Avoid finding if the carbon brushes on your Collector adjacent side a variety of increases exhibit. Relative to the carbon brush length, the Increases tend to be large or rather small; cheap can it be when the increases on the on the collector adjacent side of the carbon brushes of different Size are. Due to the increases the coal touched after mounting, brush the collector in the area of its largest diameter. When the electromo is energized The electric current is therefore initially via egg a particularly small cross-section of the increases tet. This increases the temperature in the ridges strongly, which oxidizes them particularly quickly the. The carbon brushes are then shaped like the Adjusted collector. Another advantage of this shape tion is that tolerances of the collector and of the shaft can be compensated particularly quickly.

Die Erhöhungen lassen sich gemäß einer anderen vorteil haften Weiterbildung der Erfindung besonders einfach her stellen, wenn sie in Laufrichtung der Lamellen weisende Kanten haben.The increases can be made according to another advantage adhere further development of the invention particularly easily if it is facing the direction of the slats Have edges.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine da von in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend be schrieben. Diese zeigt inThe invention permits numerous embodiments. For there is a further clarification of their basic principle of shown in the drawing and will be below wrote. This shows in

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Teilbe reichs eines erfindungsgemäßen Elektromotors, Fig. 1 is a schematic representation of a Teilbe kingdom of an electric motor according to the invention,

Fig. 2 eine Lamelle und eine Kohlebürste des Elektromotors aus Fig. 1 nach kurzer Laufzeit. Fig. 2 shows a lamella and a carbon brush of the electric motor from Fig. 1 after a short runtime.

Die Fig. 1 zeigt einen drehbar gelagerten Rotor 1 eines erfindungsgemäßen Elektromotors und einen feststehenden, senkrecht zu der Achse des Rotors 1 angeordneten Schacht 2 für eine Kohlebürste 3. Der Rotor 1 hat einen drehfest auf einer Welle 4 angeordneten Kollektor 5. Der Kollektor 5 weist mehrere, voneinander elektrisch isolierte Lamel len 6, 6a, 6b auf, die mit ebenfalls drehfest auf der Welle 4 angeordneten Spulen 7 verbunden sind. Die Kohle bürste 3 ist in dem Schacht 2 verschiebbar gehalten und von einer Feder 8 gegen den Kollektor 5 vorgespannt. Hierdurch werden die Lamellen 6, 6a, 6b des Kollektors 5 und damit die Spulen 7 mit elektrischem Strom versorgt. Fig. 1 shows a rotatably mounted rotor 1 of an electric motor according to the invention and a fixed, vertically arranged to the axis of the rotor shaft 1 2 for a carbon brush 3. The rotor 1 has a collector 5 arranged on a shaft 4 in a manner fixed against relative rotation. The collector 5 has a plurality of mutually electrically insulated lamellae 6 , 6 a, 6 b, which are connected to coils 7 also arranged in a rotationally fixed manner on the shaft 4 . The coal brush 3 is slidably held in the shaft 2 and biased by a spring 8 against the collector 5 . As a result, the fins 6 , 6 a, 6 b of the collector 5 and thus the coils 7 are supplied with electrical current.

Der Kollektor 5 weist einen geraden Bereich 9 auf, an dem Haken 10 zur Kontaktierung der Spule 7 angeordnet sind. An den geraden Bereich 9 schließt sich ein Konus 11 an, über den die Kohlebürste 3 gleitet. In dem Konus 11 ver jüngt sich der Durchmesser des Kollektors 5 um den Winkel α. Durch den Winkel α und die senkrechte Ausrichtung des Schachtes 2 wird die Kohlebürste 3 in dem Schacht 2 ge ringfügig verspannt. Hierdurch wird ein Klappern der Koh lebürste 3 auch bei einer Rundlaufabweichung des Kollektors 5 oder bei einem Spiel der Kohlebürste 3 in dem Schacht 2 zuverlässig vermieden. Der Elektromotor hat damit einen besonders geräuscharmen Lauf.The collector 5 has a straight region 9 , on which hooks 10 for contacting the coil 7 are arranged. A cone 11 adjoins the straight region 9 , over which the carbon brush 3 slides. In the cone 11 , the diameter of the collector 5 tapers by the angle α. By the angle α and the vertical orientation of the shaft 2 , the carbon brush 3 is slightly braced ge in the shaft 2 . In this way, rattling is the Koh lebürste reliably prevented 3 also at a runout of the collector 5 in a game or the carbon brush 3 in the shaft. 2 The electric motor thus runs particularly quietly.

Die Fig. 2 zeigt eine einzelne Lamelle 6 des Kollektors 5 aus Fig. 1 und eine nahezu unbenutzte Kohlebürste 12. Eine Kraft F symbolisiert eine hier nicht dargestellte Druckfeder. Die Kohlebürste 12 hat an ihrer der Lamelle 6 anliegenden Seite mehrere Kanten 13 aufweisende Erhö hungen 14. Die Kanten 13 der Kohlebürste 12 sind in Laufrichtung der Lamellen 6 angeordnet und nutzen sich besonders schnell ab. Bei einem Betrieb des Elektromotors steigt die Temperatur in den Erhöhungen stark an, wodurch diese besonders schnell oxidiert werden. Hierdurch wird die Form der Kohlebürste 12 selbständig an die Form des Konus 11 des Kollektors 5 angepaßt. Die Lamelle 6 hat an ihrer der Kohlebürste abgewandten Seite zwei Arme 15 zur Befestigung in einem Kern 16 des Kollektors. FIG. 2 shows a single lamella 6 of the collector 5 from FIG. 1 and an almost unused carbon brush 12 . A force F symbolizes a compression spring, not shown here. The carbon brush 12 has on its side of the lamella 6 several edges 13 having elevations 14th The edges 13 of the carbon brush 12 are arranged in the running direction of the fins 6 and wear out particularly quickly. When the electric motor is operating, the temperature rises sharply in the elevations, as a result of which these are oxidized particularly quickly. As a result, the shape of the carbon brush 12 is automatically adapted to the shape of the cone 11 of the collector 5 . The lamella 6 has two arms 15 on its side facing away from the carbon brush for fastening in a core 16 of the collector.

Claims

1. Electric motor with a rotor having a collector and with carbon brushes, which are biased by a spring against the collector and which are electrically connected to the slats of the collector, characterized in that they have a fixed shaft which is arranged displaceably essentially perpendicular to the axis of the collector. that the collector ( 5 ) in the coal brush ( 3 , 12 ) has a cone ( 11 ).

2. Electric motor according to claim 1, characterized in that the angle α of the cone is 1 to 5 °.

3. Electric motor according to claim 1 or 2, characterized in that the cone ( 11 ) of the collector ( 5 ) with its smallest diameter points in a direction away from a coil ( 7 ) of the rotor ( 1 ).

4. Electric motor according to at least one of the preceding claims, characterized in that the carbon brushes ( 12 ) on their on the collector ( 5 ) adjacent side have a plurality of ridges ( 14 ).

5. Electric motor according to claim 4, characterized in that the elevations ( 14 ) in the running direction of the slats ( 6 ) have edges ( 13 ).