DE2831087A1

DE2831087A1 - Dynamoelektrische maschinen

Info

Publication number: DE2831087A1
Application number: DE19782831087
Authority: DE
Inventors: Robert Norman Prittie
Original assignee: Lear Siegler Inc
Current assignee: Lear Siegler Inc
Priority date: 1977-07-14
Filing date: 1978-07-14
Publication date: 1979-02-01
Also published as: CA1088141A; US4166968B1; JPS6281450U; IT7868667A0; IT1108675B; GB2001205A; FR2397739B1; JPS5420309A; US4166968A; DE2831087C2; FR2397739A1; JPS6345821Y2; GB2001205B; IL55008A0

Description

Dynamoelektrische Maschinen

Die Erfindung betrifft dynamoelektrische Maschinen mit Kollektoren und Bürsten und ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, bei Gleichstrommotoren und -generatoren einsetzbar.

Bei diesen Maschinen führt die Führung sehr starker Ströme zwischen den aus Kohlenstoffkompositionen bestehenden Bürsten und den Kollektoren zu lokaler Erhitzung infolge der Kombination der Widerstandserhitzung an der Berührungsfläche und der Maschinenkommutierung. Sofern ausreichend heftig kann eine Ionisierung der Materialien auftreten, die die Entstehung eines elektrischen Bogens mit einer solch intensiven Erhitzung gestattet, daß diese Materialien wie beispielsweise in den Bürstenhaltern verwendeten rostfreien Stahl und in den Kollektoren verwendete Kupferlegierungen aufschmilzt. Es ist daher wichtig, die Lichtbogenbildung zwischen Bereichen des Bürstenhalters und des Kollektors zu verhindern.

Bei der herkömmlichen Konstruktion vieler Gleichstrommotoren wird ein Flansch oder ähnliches Organ, das ein Teil des Bürstenhalters ist, zur Lagerung bzw. Stützung des Anschlußstücks zwischen dem Bürsten-ösenanschluß bzw. -Drahtanschluß und der Statorleitung verwendet. Der Bürstenhalter und das Lager- bzw. Stützorgan sind üblicherweise aus rostfreiem

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Stahl oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material hergesetellt.

Bei diesen herkömmlichen Gestaltungen kann eine Lichtbogenbildung zwischen dem Kollektor und dem unteren Rand des Halters entstehen, der sich in großer Nähe des Kollektors befindet. Diese Lichtbogenbildung führt zu einer ernsthaften Beschädigung der Halter, der Bürsten und des Kollektors und schließlich zum Ausfall der Maschine. Beispielsweise kann der Bürstenhalter in einer solchen Weise verwunden bzw. verdreht werden, die die federbelastete Bürste, die von dem Bürstenhalter gehalten ist, daran hindert, in eine vollständige Kontaktberührung mit dem Kollektor gedrückt zu werden.

Erfindungsgemäß ist jetzt vorgesehen eine dynamoelektrische Maschine mit einem Gehäuse, einem drehbaren Kollektor innerhalb des Gehäuses, einer den Kollektor berührenden Bürste, einem aus leitfähigem Material bestehenden und die Bürste tragenden Bürstenhalter, einem mit der Bürste in Verbindung stehenden Bürstenanschluß, einem Anschlußstück, einer Leitung zur Verbindung mit dem Bürstenanschluß an dem Anschlußstück und einer Lager- bzw. Stützeinheit zur Lagerung bzw. Sützung des Anschlußstücks, wobei die Lager- bzw. Stützeinheit über einen Isolator verfügt, der das Anschlußstück und den Bürstenanschluß gegenüber den leitfähigen Teilen der Maschine isoliert.

Es ist festzustellen, daß die elektrische Isolierung des Anschlußstücks und des Bürstenanschlusses jeden direkten elektrischen Weg geringer Impedanz zwischen dem Bürstenhalter und dem Bürstenanschluß parallel zu der Bürste verhindert bzw. ausschaltet und somit das Auftreten einer schädlichen Lichtbogenbildung zwischen dem Bürstenhalter und dem Kollektor verhindert, wenn sehr starke Ströme über die Bürsten laufen.

Die Erfindung kann bei den oben angegebenen herkömmlichen Maschinen zum Einsatz gebracht werden, bei denen ein Teil bzw. Bereich des Bürstenhalters zur Lagerung bzw. Stützung des

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Anschlußstücks verwendet wird, ohne daß die Notwendigkeit einer größeren Neugestaltung von Maschinenbauteilen bestünde. Beispielsweise die Lager- bzw. Stützeinheit für das Anschlußstück an einem Flansch, der an dem Bürstenhalter befestigt ist und der zuvor zur direkten Anordnung des Anschlußstücks verwendet worden ist, nach kleinerer Modifizierung an dem Flansch angeordnet sein.

Alternativ hierzu kann die Lager-bzw. Stützeinheit an dem Gehäuse befestigt sein, in welchem Fall sie aus einem Isoliermaterial hergestellt sein kann, das den Isolator bildet; oder sie kann einen leitfähigen Bereich besitzen, wobei der Isolator zwischen das Anschlußstück und den leitfähigen Bereich der Lager- bzw. Stützeinheit eingesetzt ist.

Zum besseren Verständnis für die Erfindung werden nachfolgend ausschließlich beispielhaft zu verstehende Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben; in diesen zeigt:

Figur 1 einen Längsschnitt durch einen dynamoelektrischen Gleichstrommotor,

Figur 2 eine teilweise aufgebrochen dargestellte Endansicht des Motors der Figur 1 entlang der Linie 2-2 derselben,

Figur 3 Teil-Querschnitte durch den Motor, jedoch in

einem größeren Maßstab als in Figur 2, zur Darstellung insbesondere der Bürste und des Bürstenanschlusses ,

Figur 4 eine Seitenansicht nach der Linie 4-4 der Figur 3,

Figur 5 eine perspektivische Teilansicht des Plattenisolators der Figuren 3 und 4 und

+ ) kann - ₆ - 8 0 9 8 8 5/0884

Figur 6 Teil-Querschnitte ähnlich der Figur 3 zur Darstellung alternativer Ausbildungen für den Bürstenanschluß.

Figur 1 zeigt einen herkömmlichen Gleichstrommotor 6. Dieser besitzt ein Außengehäuse 7 mit einer endseitigen Abschirmeinheit 8 und einer Lager- bzw. Stützeinheit 9. Eine Welle ist zentral und drehbar über Lagereinheiten 11 und 12 in der Nähe der Abschirmeinheit 8 bzw. der Lagereinheit 9 gelagert. Die Welle 10 besitzt einen Antriebsanschluß 13 am einen Ende und einen Ventilator 14 anderen Ende. Eine Feld- oder Statoreinheit 16 mit einem aus Lamellen aufgebauten Statorkern 17, der eine Vielzahl von Windungen 18 trägt, ist innerhalb des Gehäuses 7 angeordnet. Die Statorwicklungen 18 stehen mit einem Statorwicklungsanschluß 19 in Verbindung, über den der Strom zum Motor 6 gelangt, und zwar über geeignete Anschlüsse an einem Anschlußblock 20, der außerhalb des Gehäuses 7 angeordnet ist.

Auf der Welle 10 ist ein Rotor 22 angebracht bzw. gelagert, der über einen aus Lamellen aufgebauten Kern 23 und eine Vielzahl von Rotorwicklungen 24 verfügt. Am einen Ende der Welle 10 ist ein Kollektor 25 angeordnet bzw. gelagert, der über Bereiche 26 mit den Rotorwicklungen 24 in Verbindung steht. Bürsten 28, üblicherweise aus einer Kohlenstoffkomposition, sind zur Berührung mit dem Kollektor 25 in Bürstenhaltern 29 gelagert, die üblicherweise aus rostfreiem Stahl oder einem anderen ähnlichen Material hergestellt sind. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Motor eine Vier-Pol-Maschine mit zwei Bürstenpaaren.

Jeder Bürstenhalter 29 umgibt und trägt die Bürste 28, wobei sich die in den Bürstenhaltern 29 befindende Bürste 28 etwas über den unteren Rand 30 des Bürstenhalters 29 hinaus erstreckt, so daß der Bürstenhalter 29 nicht gegen den Kollektor 25 reibt.

— *7 «.

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Der Bürstenhalter 29 besitzt eine Flanscheinheit 31 am einen Ende zur Befestigung des Halters 29 an der Lager- bzw. Stützeinheit 9, gegenüber der der Bürstenhalter 29 mittels nichtmetallischer Scheiben und Büchse isoliert ist. Bürstenfedern 32 (Figur 2) entlang einer Seite des Halters 29 drücken die Bürste 28 radial einwärts, um sie mit dem Kollektor 25 in Berührung zu halten. Zur Ausbildung desstromweges zu und von den Bürsten 28 besitzt jede Bürste einen an ihr befestigten Draht bzw. eine entsprechende Litze 33 mit einem Anschluß oder Fuß 34 an dem zugehörigen Ende. Die Litze 33, die üblicherweise aus geflochtenem Kupfer besteht, stellt eine elektrische Verbindung zu den Statorwicklungen 18 über eine Leitung 35 von dem Statorwxcklungsanschluß 19 aus her. Das Anschlußstück 36, an dem der Litzenanschluß 34 an die Statorleitung 35 angeschlossen ist, ist üblicherweise an einem einheitlichen Trägerorgan oder Flansch ähnlich dem Flansch 37 gelagert, der entlang der Seite des Bürstenhalters 29 gegenüber der Bürstenfeder 32 vorgesehen und mittels einer Schraube 38 und Mutter 39 befestigt ist.

Es ist festgestellt worden, daß der Flansch entlang der Seite des Bürstenhalters 29 einen elektrischen Stromweg bildet, der parallel zu dem gewünschten Weg über die Bürste 28 verläuft. Insbesondere unter den Bedingungen eines ungewöhnlich hohen Stroms kann der Strom von der Statorleitung 35 aus über den Flansch und entlang des Bürstenhalters 29 fließen, was zu einer unerwünschten Lichtbogenbildung zwischen dem unteren Rand 3Ö des Bürstenhalters 29 und dem Kollektor 25 führt. Dieser unerwünschte elektrische Weg verläuft parallel zu dem elektrischen Weg von der Statorleitung 35 über die Litze 33 und die Bürste 28 zu dem Kollektor 25.

Das Problem der Lichtbogenbildung, das sich aus dieser Gestaltung ergibt, ist durch die elektrische Isolierung des Litzenanschlusses 34 und der Statorleitung 35 gegenüber dem

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Bürstenhalter 29 überwunden. Gemäß Figur 3 und 4 sind zwei im Abstand voneinander angeordnete, parallele Flansche 37 entlang der Seite des Bürstenhalters 29 vorgesehen bzw. dort angeformt, und ist das Anschlußstück 36 an einer Lager- bzw. Stützeinheit mit einem starren Plattenisolator 41 und einem dünnen, L-förmigen Isolator 42 gelagert, die an den Flanschen

37 befestigt sind. Der Plattenisolator 41 (Figur 5) ist vorzugsweise ein verhältnismäßig dickes Teil aus Isoliermaterial, wie beispielsweise einem Glaslaminat, mit einer zentralen Öffnung 43 und zwei kleineren Löchern 44. Der Plattenisolator 41 ist an den Flanschen 37 mit Nieten 45 befestigt, die durch die Löcher 44 eingesetzt sind, wobei der horizontale Bereich 46 des L-förmigen Isolators 42 zwischen dem Isolator 41 und den Flanschen 37 sandwichartig eingesetzt ist. Die Schraube

38 erstreckt sich durch die zentrale Öffnung 43 hindurch und ist mittels der Mutter 39 befestigt. Die Schraube 38 und die Mutter 39 sind gegenüber den Flanschen 37 des Bürstenhalters 29 mittels des Plattenisolators 41 elektrisch isoliert. Der vertikale Abschnitt 47 des L-förmigen Isolators 42 hält den Ansatz 34 von einer Berührung des oberen Abschnitts des Bürstenhalters 29 ab. Die Isolatoren 41 und 42 eliminieren somit den elektrischen Weg über den Bürstenhalter 29, der parallel zu dem Weg über die Bürste 28 verläuft, oder statten zumindest diesen parallelen Weg mit einer so verhältnismäßig hohen Impedanz aus, daß die Ausbildung schädlicher Lichtbögen zwischen dem Kollektor 25 und dem unteren Rand 30 des Bürstenhalters 29 verhindert ist.

Die Ausführungsform der Figuren 3 und 4 wird bevorzugt, da die Isolatoren 41 und 42 bei üblichen Bürstenhaltergestaltungen mit lediglich geringfügigen Modifikationen angebracht werden können, um zwei im Abstand voneinander angeordnete Flansche 37 entlang der Seite des Bürstenhalters zur Lagerung der Isolatoren vorzusehen. Andere Ausführungsformen sind möglich, bei denen der Anschluß elektrisch isoliert ist. Eine

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solche andere Ausfuhrungsform ist mittels des Anschlußstücks 49 in Figur 6 dargestellt, wo die Schraube 38 und die Mutter 39, die zur Befestigung der Statorleitung 35 und der Litze 33 verwendet werden, an einem Bügel 50 gelagert sind, der aus Isoliermaterial hergestellt und an dem Motorgehäuse 7 befestigt ist» Der Plattenisolator ist von dem horizontalen Bereich 51 des Bügels 50 gebildet. Ein separater L-förmiger Isolator wird bei dieser Ausführungsform nicht benötigt, da der vertikale Bereich 52 des im allgemeinen L-förmigen Bügels 50 den Litzenanschluß 3 4 an einer Drehung gegen den Bürstenhalter 29 hindert, wenn bzw. weil die Schraube 38 fest angezogen ist. Der Bügel 50 kann aus irgendeinem bekannten elektrischen Isoliermaterial hergestellt sein.

In alternativer Ausführung kann gemäß Darstellung mittels des Anschlußstücks 54 in Figur 7 ein leitfähiger Bügel 55 am Motorgehäuse 7 befestigt sein. Das Anschlußstück 57 verfügt über einen Plattenisolator 56 und einen L-förmigen Isolator 57. Der horizontale Bereich des Bügels 55 besteht aus zwei im Abstand voneinander angeordneten Flanschen 58 ähnlich den Flanschen 37. Der Plattenisolator 56 ist an den Flanschen ähnlich dem Isolator 51 befestigt. Der L-förmige Isolator unterbindet eine Berührung zwischen dem Litzenanschluß 34 und dem leitfähigen Bügel 55 ähnlich dem Isolator 42. Die tragende Mutter 39 ist in einer zentralen Bohrung in dem Plattenisolator 56 angeordnet.

Die Ausführungsformen sind zwar im Hinblick auf einen Gleichstrommotor dargestellt und beschrieben worden, dennoch ist es selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung auch auf andere Maschinen mit Kollektoren und Bürsten für den elektrischen Kontakt anwendbar ist, wie beispielsweise Einphasen-Wechselstrom-Kollektormotoren und verschiedene dynamoelektrische Kollektor-Maschinen.

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Claims

Pat entansprüche

f 1. !Dynamoelektrische Maschinen mit einem Gehäuse, einem Rota- ^—-'tionskollektor innerhalb des Gehäuses, einer den Kollektor berührenden Bürste, einem aus leitfähigem Material bestehenden und die Bürste tragenden Bürstenhalter, einem mit der Bürste in Verbindung stehenden Bürstenanschluß, einem Anschlußstück, einer Leitung zur Verbindung mit dem Bürstenanschluß an dem Anschlußstück und einer Lager- bzw. Stützeinheit zur Lagerung bzw. Stützung des Anschlußstücks, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützeinheit über einen Isolator (41,42; 50; 56,57) verfügt, der das Anschlußstück (36; 54) und den Bürstenanschluß (33) gegenüber den übrigen leitfähigen Teilen der Maschine isoliert.

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2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager- bzw. Stützeinheit an dem Bürstenhalter (29) befestigt ist.
3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager- bzw. Stützeinheit an einem an dem Bürstenhalter (29) befestigten Flansch (37) angeordnet ist.
4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator (41) zwischen das Anschlußstück (36) und dem Flansch (37) eingesetzt ist.
5. Maschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager- bzw. Stützeinheit einen L-förmigen Isolator (42) besitzt, der den Bürstenanschluß (33) gegenüber der Lagerbzw. Stützeinheit elektrisch isoliert.
6. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager- bzw. Stützeinheit (50,55) an dem Gehäuse (7) befestigt ist.
7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager- bzw. Stützeinheit (50) aus einem Isoliermaterial hergestellt ist, das den Isolator bildet.
8. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager- bzw. Stützeinheit (55) einen leitfähigen Bereich besitzt und daß der Isolator (56) zwischen das Anschlußstück

(54) und den leitfähigen Bereich der Lager- bzw. Stützeinheit

(55) eingesetzt ist.

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