DE3239664A1 - Elektrokleinmotor - Google Patents

Description

10301 Mabuchi Motor Co.,Ltd., Tokyo ,Japan

Elektrokleinmotor

Die Erfindung betrifft einen Elektrokleinmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, und insbesondere einen Elektrokleinmotor, bei dem auf die Kontaktoberfläche eines Kommutators, der fest mit einer Rotordrehachse verbunden ist, eine Schmiermittel schicht aufgetragen ist.· ,

Bei einem bekannten Elektrokleinmotor, der Bürsten aus Metall hat, um einen Kommutator zu berühren, so daß Strom zu einem Rotor für den Antrieb fließt, ist es allgemein üblich, ein Schmiermittel auf die Kontaktoberfläche des Kommutators aufzutragen,, um mechanischen und elektrischen Verschleiß infolge von unerwünschten Vibrationen der Bürsten zu vermeiden.

Bei einer solchen Einrichtung ist eine scharfe Kante längs der Länge einer jeden Bürste vorgesehen, indem die Bürste in Längsrichtung zu einem V-förmigen Querschnitt gebogen wird, so daß die scharfe Kante durch das Schmiermittel schneidet, das aus einem den elektrischen Strom isolierenden Material besteht, wobei das Schmiermittel einen dünnen Film während des Gleitkontaktes der Bürste mit der Kommutatoroberfläche bildet.

Diese Einrichtung wird genau im folgenden beschrieben, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. 30

In den Fig. 1 bis 3 ist ein herkömmlicher Elektrokleinmotor gezeigt^ der aus folgenden Teilen besteht :

einem großen Gehäuse 1, einem Permanentmagneten 2, einem Rotor 3, einer Wicklung 4, einem Kommutator 5, Metallbürsten 6- 1 und 6-2, die Gleitkontaktabschnitte 6-1 A und 6-2 A aufweisen, die scharfe Kanten bilden, . indem die Bürsten in Längsrichtung zu einem V-förmigen Querschnitt gebogen sind, Bürstenarme 6-1 B und 6-2 B und Anschlußenden 6-1 C und 6-2 C. Ferner aus .einer Drehwelle 7, Lager 8-1 und 8-2, einem kleinen Gehäuse 9, einem Kommutatorsegment 10, wobei mehr als ein Segment auf der Oberfläche des Kommutators 5 in gleichen Winkelabständen angeordnet sind, und ferner aus einem Schmiermittel 11, das beispielsweise Fett sein kann.

Das große Gehäuse 1 enthält den Permanentmagneten 2 und den Rotor 3, auf den die Rotorwicklung 4 gewickelt ist. Der Kommutator 5 ist fest mit der Drehachse 7 des Rotors 3 verbunden. Die Bürsten 6-1 und 6-2 , die aus Metall sind, sind so auf dem Kommutator angeordnet, daß sie sich gegenüberstehen und in gleitendem Kontakt mit dem Kommutator 5 an den scharfen Kanten der Gleitkontaktabschnitte 6-1 A und 6-2 A stehen. Beide Enden der Drehachse 7 sind drehbar durch das große Gehäuse 1 und das kleine Gehäuse 9, das das offene Ende des großen Gehäuses 1 abdeckt, über Lager 8-1 und 8-2 gelagert. Das Schmiermittel 11 ist auf den Bereich des Kommutators 5 aufgetragen, auf den die Bürsten 6-1 und 6-2 in gleitendem Kontakt mit dem Kommutator 5 stehen.

Folglich schneiden die scharfen Kanten der Gleit ko.ntaktabschnitte 6-1 A und 6-2 A durch das Schmiermittel 11, das auf den Kommutator 5 aufgetragen ist, wenn sich der Motor dreht, und stehen somit über einen dünnen Schmiermittelfilm 11 in elektrischem Kontakt mit dem Kommutatorsegment 10. In dem geschilderten Fall wird das Schmiermittel 11 sogar dann leitend, obwohl es von Natur aus nicht leitend ist, wenn es in einem dünnen Film ausgebildet ist, so daß keine Schwierigkeiten bei der elektri-

ο« οο • ο . .

» OO .

ο ο „ ο ο .

sehen Leitfähigkeit zwischen dem Kommutator segment 10 und den Bürsten 6-1 und 6-2 auftreten. Ferner bildet das Schmiermittel 11, das durch die Bürsten 6-1 und 6-2 wegge^ ·. geschnitten wird, Grate oder Erhebungen auf beiden Seiten des Gleitweges der Bürsten 6-1 und 6-2, die eine gute Dämpfung bewirken, so daß die Bürsten 6-1 und 6-2 an einem unerwünschten Springen oder Abheben von der Kommutatoroberfläche gehindert werden.

-_{0 #} Mit dieser Anordnung entstehen keine Probleme,solange die sich gegenüberstehenden Bürsten 6-1 und 6-2 in der gleichen Lage in axialer Richtung gegenüberstehen. Wenn jedoch die Bürsten 6-1 und 6-2 in ihrer relativen Lage in axialer Richtung verschoben sind, wie dies durch die gestrichelte Linie in Fig. 3 gezeigt ist, sind die Nuten, die durch die Bürsten 6-1 und 6-2 im Schmiermittel 11 erzeugt werden, in axialer Richtung versetzt, wie dies durch die ausgezogene und die gestrichelte Linie in der Fig. 3 gezeigt ist. Dies bewirkt, daß die Bürste 6-2

P₀ eine Nut so ausbildet, daß sie durch die Erhebung schneidet, die durch die Bürste 6-1 erzeugt wird oder umgekehrt. Damit ergibt sich, daß die Kontaktwiderstände der Bürsten 6-1 und 6-2 in bezug auf den Kommutator 5 jede Drehzahl des Mo"fcors verändern, so daß Abweichungen in der Motordrehzahl auftreten.

Darüber hinaus erfordert diese Anordnung einen ausreichenden Bürstendruck, so daß die scharfen Kanten der Bürstengleitkontaktabschnitte 6-1 A und 6-2 A durch eine Schicht des Schmiermittels 11 schneiden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Elektroklein motor vorzusehen, bei dem ein fortwährender oder kontinuierlicher Kontakt zwischen den Gleitkontaktabschnitten der Bürsten und dem Kommutator erreicht wird und bei dem die Leistung des Elektrokleinmotors verbessert wird.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Bürsten in einem vorbestimmten Winkel in bezug auf die Richtung, die senkrecht zur Drehachse verläuft, angeordnet sind. Dadurch ergibt es sich in vorteilhafter Weise, daß aufgrund des gleichbleibenden Kontaktes zwischen den Bürsten und dem Kommutator die Motordrehzahlabweichungen vermindert werden.

Zweckmäßige Weiterbildungen des Gegenstandes nach Anspruch 1 sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Ausfuhrungs formen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Es zeigen:
15

Fig. 1 eine Ansicht eines Längsschnitts eines herkömmlichen Elektrokleinmotors,-wobei Teile teilweise nicht dargestellt sind - , der einen mit einem Schmiermittel beschichteten Kommutator aufweist; 20

Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Kommutators des in Fig. 1 gezeigten Elektrokleinmotors;

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht von oben des Kommutators des in Fig. 1 gezeigten Elektrokleinmotors;

Fig. 4 A einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Elektrokleinmotors,-wobei Teile teilweise nicht dargestellt sind-,der einen mit einem Schmiermittel beschichteten Kommutator aufweist;

Fig. 4 B eine vergrößerte Seitenansicht des Kommutators des in Fig. 4 A gezeigten Elektrokleinmotors;

Fig. 5 eine vergrößerte Seitenansicht von wichtigen Bauteilen des Kommutators einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform;

6 eine vergrößerte Seitenansicht von wichtigen Bauteilen des Kommutators einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 7A und 7B Diagramme, um die Veränderungen der Motordrehzahl zwischen dem Elektrokleinmotor, der einen herkömmlichen mit einem Schmiermittel beschichteten Kommutator aufweist, und dem Elektrokleinmotor der dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform zu vergleichen; 10

Fig. 8 ein Diagramm einer Motorleistungsstabilitätskurve, die die Beziehung zwischen der Stabilität der Motordrehzahl und dem Schwenkwinkel θ der Bürste zeigen.

Die Erfindung betrifft einen Elektrokleinmotor der oben beschriebenen Bauart, d„fo. einen Elektrokleinmotor, der einen Kommutator aufweist, dessen Oberfläche mit einem Schmiermittel beschichtet ist, wobei Bürsten in einem vorbestimmten Winkel θ in einer Richtung normal oder senkrecht zur Motordrehachse angeordnet sind.

In den Fig. 4A bis 6 beziehen sich die folgenden Bezugszeichen zur Erleichterung der Erklärung der erfindungsgemäßen Motorbürsten auf die folgenden Teile :

ein großes Gehäuse 1, einen Permanentmagneten 2, der als Motorstator dient, einen Motorrotor 3, eine Wicklung oder Magnetspule 4, einen Kommutator 5₉ eine Drehwelle 7» Lager 8-1 und 8-2, ein kleines Gehäuse 9, ein Kommutatorsegment 10, wobei mehrere der Segmente auf der Kontaktoberfläche des Kommutators 5 in gleichen Winkelabständen angeordnet sind, ein Schmiermittel 11, beispielsweise Fett, zwei einstückige Bürsten aus Metall 12-1 und 12-2 in der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform, die Gleitkontaktabschnitte 12-1 A und 12-2 A aufweisen, an denen scharfe Kanten ausgebildet sind, indem sie in Längsrichtung zu einem V-Querschnitt gebogen sind, Bürstenarme 12-1 B und 12-2 B und Anschlußenden 12-1 C und 12-2 C.

In den Fig. 4 A und 4 B ist nur eine der Bürsten 12-1 und eines der Anschlußenden 12-2 G der anderen Bürste 12-2 des Bürstenpaares 12-1 und 12-2 dargestellt. Hervorzuheben ist, daß nur eine Seite der Bürste des Bürstenpaares in den anderen Ausführungsformen dargestellt ist^. die im nachfolgenden beschrieben werden.

Im großen Gehäuse 1 ist der Permanentmagnet 2 und der Rotor 3 angeordnet. Die Rotorwicklung 4 ist auf den Rotor 3 gewickelt. Der Kommutator 5 ist fest mit der Drehachse 7 des Rotors 3 verbunden. Auf den Kommutator 5 sind die Metallbürsten 12-1, 12-2 so angeordnet, daß sie sich gegenüberstehen. Die Bürsten 12-1 und 12-2 sind mit dem Kommutator 5 über die scharfen Kanten der Gleitkontaktabschnitte 12-1 A und 12-2 A in Gleitkontakt.

In dieser Erfindung ist irgendeine oder sind beide der Gleitkontaktabschnitte 12-1 A und 12-2 A in einem vorbestimmten Winkel θ in bezug auf die Richtung (X), die senkrecht zur Motordrehachse 7 verläuft, gebogen.(Fig.4B) Beide Enden der Drehwelle 7 sind drehbar in der Mitte des großen Gehäuses 1 und des kleinen Gehäuses 9, das ein offenes Ende des großen Gehäuses 1 abdeckt, über die Lager 8-1 und 8-2 gelagert. Das Schmiermittel 11 wird auf die Kontaktoberfläche des Kommutators 5 aufgetragen, mit der die Bürsten 12-1 und 12-2 in Kontakt stehen.

In Fig. 5 bezeichnet das Bezugszeichen 13 eine gabelförmige Bürste in der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform, die Gleitkontaktabschnitte 13-1 A und 13-2 A und Bürstenarme 13-1 B und 13-2 B an den gegabelten Abschnitten aufweist, wobei einer der Gleitkontaktabschnitte 13-1 A in einem vorbestimmten Winkel θ in bezug zur Richtung (X) , die normal oder senkrecht zur Drehachse 7 steht, gebogen ist.

In Fig. 6 bezeichnet das Bezugszeichen 14 eine gabel-

a ο

— 9 —

förmige Bürste einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform, die zwei Gleitkontaktabschnitte 14-1 A und 14-2 A aufweist, die in einem vorbestimmten Winkel 9 in bezug auf die Richtung (X) , die senkrecht zur Rotationsachse steht, * gebogen ist und ferner Bürstenarme 14-1 B und 14-2 B aufweist.

In der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform ,die in Fig. 4a und 4B gezeigt ist, in der die Gleitkontakt-

^Q abschnitte 12-1 A der einstückig ausgebildeten Bürste 12-1 in einem vorbestimmten Winkel 9 in bezug auf die Richtung (X) , die senkrecht zur Drehachse verläuft, geneigt ist, berührt die scharfe Kante des Gleitkontaktabschnitts 12-1 A der Bürste 12-1 den Kommutator 5, wenn sich der Elektrokleinmotor dreht, wobei die Kante durch die Schmiermittelschicht 11 auf der Kommutatoroberfläche schneidet, so daß eine Nut oder Rinne gebildet wird. Wie es in Fig. 4B durch ausgezogene Linien gezeigt ist, ist diese Nut im Vergleich mit einer Nut, die durch eine Bürste der herkömmlichen Bauart erzeugt wird, relativ größer, da der Gleitkontaktabschnitt 12-1 A axial um einen vorbestimmten Winkel geneigt ist* Folglich wird sogar dann, wenn die nichtabgebildete Bürste 12-2, die der Bürste 12-1 gegenübersteht, leicht seitlich verschoben ist, die Nut, die durch die Bürste 12-2 gebildet wird, im wesentlichen mit der Nut übereinstimmen, die durch die Bürste 12-1 ausgebildet ist. Dieser Umstand ermöglicht es, daß die Bürsten 12-1 und 12-2 den Kommutator 5 in der gleichen Nut berühren bzw. in Kontakt stehen^ so daß die Veränderungen im Kontaktwiderstand vermindert sind und eine stabilisierte Motordrehzahl erreicht wird.

In ähnlicher Weise kann in der zweiten und dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform, die in den Fig. 5 und gezeigt sind, die Veränderungen oder Abweichungen im Kontaktwiderstand vermindert werden, so daß die Motordrehzahl durch das Schwenken oder Neigen eines der Kontaktabschnitte (13-1 A in Fig. 5) oder beider Kontaktabschnitte (14-1 A

und 14-2 A in Fig. 6) um einen vorbestimmten Winkel in axialer Richtung stabilisiert wird.

Die obige Beschreibung der ersten bis dritten Ausführungsform bezieht sich auf die Bürste, bei der nur der Gleitkontaktabschnitt gebogen ist. Jedoch kann die Bürste auch so aufgebaut sein, daß sowohl der Gleitkontaktabschnitt als auch der Bürstenarm geneigt sind oder daß der Gleitkontaktabschnitt in entgegengesetzter Richtung (d.h. nach links in den abgebildeten Figuren) geneigt ist.

Im folgenden Abschnitt werden die Abweichungen oder Veränderungen der Motordrehzahl bei Verwendung einer Bürste der herkömmlichen Bauart und die Motordrehzahlabweichungen bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Bürste verglichen.

In Fig. 7A ist ein Diagramm dargestellt, das die Abweichung der Motordrehzahl zeigt, wenn ein Elektrokleinmotor, der gabelförmige Bürsten der herkömmlichen Bauart benutzt, in einem Zeitraum von 1,5 Stunden jeweils bei

(1) 3000 Umdrehungen/ Minute (U.p.m.), bei (2) 5000 U.p.m. und bei (3) 8000 U.p.m. betätigt wird.

Fig. 7B zeigt ein Diagramm, das die Abweichungen der Motordrehzahl zeigt, wenn ein Elektrokleinmotor -mit den Bürstengleitkontaktabschnitten der dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform, die um einen Winkel von. 20° geschwenkt sind, in einem Zeitabschnitt von 1,5 Stunden jeweils bei (1') 3000 U.p.m. , bei (2·) 5000 U.p.m. und bei (3¹) 8000 U.p.m. betätigt werden. In beiden Figuren bezeichnet die Ordinate die Motordrehzahl (U.p.m.) und die Abszisse die Zeit (H= Std).

Beide Diagramme zeigen, daß der Elektrokleinmotor, der mit den herkömmlichen Bürsten arbeitet, folgende maximalen Drehzahlabweichungen hat:

ungefähr 1200 U.p.m., wenn er bei einer Geschwindigkeit

(1) betrieben wird,

ungefähr 1300 U.p.m., wenn er bei einer Geschwindigkeit

(2) betrieben wird,

ungefähr 1500 U.p.m., wenn er bei einer Geschwindigkeit

(3) betrieben wird.

Der Elektrokleihmotor mit den erfindungsgemäßen Bürsten weist eine konstante maximale Drehzahlabweichung von höchstens ungefähr 500 U.p.m. auf , wenn er mit einer Geschwindigkeit (1¹)» (2') oder (3¹) betrieben wird.

Im folgenden Abschnitt wird die Beziehung zwischen dem Schwenkwinkel 9 der Bürsten und der Leistungsstabilität in bezug auf die Abweichungen der Motordrehzahl beschrieben, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. Die Leistungsstabilität ist wie folgt definiert :

(vorgeschriebene _ (Abweichungen von der /_L . . Drehzahl (n) ) vorgeschr.Drehzahl(A^

Stabilität) ^ vorgeschriebene

Drehzahl (n) )

Die Leistungsstabilitätskurve wurde experimentell ermittelt, wobei die Drehzahl des Elektrokleinmotors beibehalten und der Schwenkwinkel 9 der Bürste verändert wurde.

Die Ergebnisse zeigen an, daß die Leistungsstabilität eines Elektrokleinmotors scharf abgegrenzt in der Nähe des Winkels = 5° ansteigt und im wesentlichen seine Sättigung in der Nähe von 15° erreicht und bis zu einem Winkel von 30° gesättigt bleibt und dann bei einem Winkel, der größer als 30° ist, scharf nach unten abfällt.

Wie es im vorhergehenden beschrieben ist, ermöglicht diese Erfindung praktisch die Beseitigung von Abweichungen

• ι _>a

- 12 -

in der Motordrehzahl und stabilisiert somit die Motorleistung des erfindungsgemäßen Elektrokleinmotors, da die scharfen Kanten der Bürstengleitkontaktabschnitte durch die Schmiermittelschicht auf der Kommutator oberfläche schneiden und eine Nut bilden, die groß genug ist, daß die Bürsten in Kontakt mit der Kommutatoroberfläche kommen können, sogar wenn die gegen überliegende Bürste seitwärts verschoben ist.

Al·-

Leerseite

Claims (6)

Patentanwälte »."..:' .:.:..: Ο..·:! 3 239664 h u Reiche! poikstiaße 13 10301 Mabuchi Motor Co., Ltd., Tokyo , Japan Patentansprüche

1. Elektrokleinmotor mit einem Permanentmagneten, einem Rotor, einem Kommutator, der fest mit einer Rotordreh achse verbunden ist und der eine Sohmiermittelschicht aufweist, die auf der Kontaktoberfläche aufgetragen ist, und ferner mit Bürsten, die in Gleitkontakt mit dem Kommutator stehen,

dadurch gekennzeichnet, daß die Bürsten (12-1, 12-2) in einem vorbestimmten Winkel in bezug auf die Richtung, die senkrecht zur Drehachse(7) verläuft, angeordnet sind»

2. Elektrokleinmotor nach Anspruch 1„

dadurch gekennzeichnet, daß jede der Bürsten (12-1, 12-2) einen einstückig ausgebildeten Gleitkontaktabachnitt (12-1 A, 12-2 A) und einen Bürstenarm (12-1 B, 12-2 B) enthält, wobei der Gleitkontaktabschnitt (12-1 A, 12-2 A) um einen vorbestimmten Winkel in bezug auf die Richtung, die senkrecht zur Drehachse (7) verläuft, geneigt ist.

3. Elektrokleinmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Bürsten (12-1, 12-2) mehrere gabelförmige Gleitkontaktabschnitte (12-1 A, 12-2 A) und Bürstenarme (12-1 B, 12-2 B) aufweist, wobei mindestens einer der Gleitkontaktabschnitte um einen vorbestimmten Winkel in bezug auf die Richtung , die senkrecht zur Drehachse (7) verläuft, geneigt ist.

4. Elektrokleinmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Gleitkontaktabschnitte (12-1 A, 12-2 A) um einen vorbestimmten Winkel in bezug zur Richtung, die senkrecht zur Drehachse (7) verläuft, geneigt sind.

5. Elektrokleinmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Winkel in einem Bereich von ungefähr von 5° bis 30° liegt.

6. Elektrokleinmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Winkel innerhalb eines Bereichs von ungefähr 15° bis 30° liegt.