DE3239664C2

DE3239664C2 - Elektrokleinmotor

Info

Publication number: DE3239664C2
Application number: DE3239664A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Tokio/Tokyo Akiyama
Original assignee: Mabuchi Motor Co Ltd
Current assignee: Mabuchi Motor Co Ltd
Priority date: 1981-10-28
Filing date: 1982-10-27
Publication date: 1986-11-13
Also published as: MX151949A; IT8223966A0; US4500804A; ES268170Y; ES268170U; FR2515439B1; FR2515439A1; DE3239664A1; IT1191051B; GB2110005A; HK66085A; JPS6241573Y2; GB2110005B; JPS5866865U; BR8206259A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektrokleinmotor, bei dem Bürsten (12-1, 12-2) auf der Kontaktoberfläche eines Kommutators (5), der mit einem Schmiermittel (11) beschichtet ist, in einem vorbestimmten Winkel in bezug auf die Richtung, die senkrecht zur Rotordrehachse (7) verläuft, angeordnet ist, so daß die Bürsten (12-1, 12-2) durch den Schmiermittelfilm über eine relativ große Fläche schneiden, während sie gleichzeitig in Kontakt mit dem Kommutator (5) stehen, wobei der Kontakt widerstand der Bürsten (12-1, 12-2) stabilisiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektrokleinmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem bekLnnten Elektrokleinmotor, der mit Metallbürsten zum Kontakt mit einem Kommutator ausgerüstet ist, um einem Rotor Strom für seinen Antrieb zuzuführen, ist es allgemein üblich, ein Schmiermittel auf die Kontaktoberfläche des Kommutators aufzutragen, um mechanischen Verschleiß und elektrische Verluste wegen unerwünschter Vibrationen der Metallbürsten zu vermeiden.

Ein solcher Elektrokleinmotor ist in der DE-AS 14 893 beschrieben, bei dem ein Kommutator mit mehreren Kommutatorsegmenten vorgesehen ist, die über gleiche Winkel zur Drehachse des Rotors angeordnet sind. Der Kommutator und die gleichen Abstand aufweisenden Spalte sind zwischen den Kommutatorsegmenten mit leitfähigem Fett beschichtet. Der Kommutator arbeitet mit Metallbürsten, deren V-förmig ausgebildete scharfe Kanten in Gleitkontakt mit dem ^Kommutator stehen, wobei die scharfen Kanten der Metallbürsten durch das leitfähige Fett schneiden. Mit diesem Kommutator wird zwar der mechanische Verschleiß der Kommutatoroberfläche verringert und der elektrische Verlust durch Funkenbildung beseitigt, die durch ein Springen der Metallbürsten hervorgerufen wird, doch besteht bei dieser Anordnung ein Nachteil darin, daß, wenn sich die Metallbürsten in der gleichen Lage nicht mehr axial einander gegenüberstehen, also axial zueinander verschoben sind, die von den Metallbürsten im Schmiermittel erzeugten nutartigen Einschnitte starke Abweichungen in der Motordrehzahl erzeugen und damit die optimale Leistung des Elektrokleinmotors herabsetzen.

Aus det DE-PS 5 81 451, die eine Einrichtung zum Vermeiden von Bürsteageräuschen bei Kommutatormaschinen mit wechselnder Drehrichtung, insbesondere

ίο bei Bahnmotoren, betrifft, ist zwar die Schrägstellung der Bürsten an sich bekannt, die in der Weise erfolgt, daß ihre Richtung auf der Maschinenachse senkrecht steht, doch kann aus dieser Druckschrift neben der hier angestrebten Bürstengeräuschbeseitigung nicht entnommen werden, wie mit dieser Maßnahme die Motordrehzahl konstant und damit die Leistung eines Elektrokleinmotors verbessert werden kann.

In der DE-PS 4 17 833, die eine Einrichtung zur Erzielung eines ruhigen Laufens von Kohlebürsten auf rauhen Kollektoren elektrischer Maschinen betrifft, sind die an einem Träger befestigten, in bekannter Weise schräg zur Lamellenkante gestellten Bürsten so gegeneinander versetzt, daß sie nicht gleichzeitig, sondern nacheinander auf dieselbe Lamelle auflaufen. Aus dieser Druckschrift ist nicht zu entnehmen, wie ein ständiger und gleichbleibender Kontakt zwischen den Gleitkontaktabschnitten der Metallbürsten und dem Kommutator bewirkt und damit die Leistung des Elektrokleinmotors verbessert werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Elektrokleinmotor vorzuschlagen, bei dem ein ständiger und gleichbleibender Kontakt zwischen den Gleitkontaktabschnitten der Metallbürsten und dem Kommutator erreicht und damit die Leistung des Elektrokleinmotors verbessert werden soll, wobei Abweichungen in der Motordrehzahl vermindert oder ganz ausgeschaltet werden sollen.

Diese Aufgabe wird durch die Mi. kmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 5.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein ständiger und gleichbleibender Kontakt zwischen den Gleitkontaktabschnitten und dem Kommutator erreicht und dadurch die Leistung des Elektrokleinmotors verbessert wird. Abweichungen in der Motordrehzahl werden auf diese Weise verringert oder ganz ausgeschaltet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt eines herkömmlichen Elektrokleinmotors, der einen mit einem Schmiermittel beschichteten Kommutator aufweist und bei dem einige Teile nicht dargestellt sind;

F i g. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht über den Kommutator des in F i g. 1 gezeigten Elektrokleinmotors;
F i g. 3 eine vergrößerte Draufsicht auf den Kommutator des in F i g. 1 gezeigten Elektrokleinmotors;

F i g. 4A einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Elektrokleinmotors, der einen mit einem Schmiermittel beschichteten Kommutator aufweist und bei dem einige Teile nicht dargestellt sind;

Fig.4B eine vergrößerte Seitenansicht über den Kommutator des in Fig. 4A gezeigten Elektrokleinmotors;
F i g. 5 in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausfüh-

rungsform eine vergrößerte Seitenansicht mit wichtigen Bauteilendes Kommutators;

F i g. 6 in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eine vergrößerte Seitenansicht mit wesentlichen Bauteilen des Kommutators;

F i g. 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 Ausfühningsform zu vergleichen, und

Fig.8 ein Diagramm einer Stabilitätskurve eines Elektrokleinmotors, die die Beziehung zwischen der Stabilität der Motordrehzahl und dem Winkel Θ der Metallbürste zeigt.

Die F i g. 4A bis 6 zeigen ein großes Gehäuse 1, einen Permanentmagneten 2 als Stator, einen Rotor 3, eine Rotorwicklung 4, einen Kommutator 5, eine Rotordrehachse 7, Lager 8-1 und 8-2, ein kleines Gehäuse 9, ein zug auf die Richtung X. die senkrecht zur Rotordrehachse 7 steht, geneigt sind und die ferner Bürstenarme 14-1B und 14-25 hat
In der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform.

die in Fig.4A und 4B gezeigt ist und in der die Gleitkontaktabschnitte 12-1/4 der einstückig ausgebildeten Metallbürste 12-1 unter einem bestimmten Winkel Θ in bezug auf die Richtung X, die senkrecht zur Rotordrehachse 7 verläuft, geneigt sind, berührt die scharfe Kante des Gleitkontaktabschnittes 12-1/4 der Metallbürste 12-1 den Kommutator 5, wenn sich der Elektrokleinmotor dreht, wobei die Kante durch die Schmiermittelschicht 11 auf der Kommutatoroberfläche schneidet und dabei eine Nut bildet. Wie in F i g. 4B durch ausgezogene Linien gezeigt ist, ist diese Nut im Vergleich mit einer Nut, die durch eine Metallbürste der herkömmlichen Bauart erzeugt wird, relativ größer, da der Gleitkontaktabschnitt 12-1/4 axial um einen bestimmten Winkel Θ geneigt ist Folglich wird sogar df vi, wenn die nicht-

Segmente auf der Kontaktoberfläche des Kommutators 5 in gleichen Winkelabständen angeordnet sind, eine Schmiermittelschicht 11, beispielsweise Fett, zwei einstückige Metallbürsten 12-1 und 12-2 in der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform, die Gleitkontaktabschnitte 12-lA und 12-2Λ aufweisen, an denen scharfe Kanten ausgebildet sind, die in Längsrichtung V-förmig gebogen sind, Bürstenarme 12-1S und \2-2B und Anschlußenden 12-1 Cund 12-2C

In den F i g. 4A und 4B ist nur eine der Metallbürsten 12-1 und eines der Anschlußenden 12-2C der anderen Metallbürste 12-2 der beiden Bürsten 12-1 und 12-2 dargestellt. Hervorzuheben ist, daß nur eine Seite der Metallbürste 12-1 der beiden Metallbürsten 12-1 und 12-2 in den anderen noch zu beschreibenden Ausführungsformen dargestellt ist.

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

In der Erfindung sind ein oder beide Gleitkontaktabschnitte 12-lA und \2-2A unter einem bestimmten Winkel θ in bezug auf die Richtung X, die senkrecht zur Rotordrehachse 7 verläuit, geneigt (F i g. 4B). Beide Enden der Rotordrehachse 7 sind in der Mitte des großen Gehäuses ϊ und des kleinen Gehäuses 9 durch die Lager 8-1 und 8-2 drehbar gelagert, wobei das kleine Gehäuse 9 ein offenes Ende des großen Gehäuses 1 abdeckt. Die Schmiermittelschicht 11 ist auf die Kontaktoberfläche des Kommutators 5 aufgetragen, mit der die Metallbürsten 12-1 und 12-2 in Kontakt stehen.

Die F i g. 5 zeigt eine gabelförmige Metallbürste 13 in der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform, die Gleitkontaktabschnitte 13-1/4 und 13-2/4 und Bürsten-,järme 13-15 und 13-25 an den gegabelten Abschnitten Saufweist, wobei einer der Gleitkontaktabschnitte 13-1/4 unter einem bestimmten Winkel θ in bezug zur Richtung X, die senkrecht zur Rotordrehachse 7 steht, ge-•'neigt ist.

In Fig. 6 ist eine gabelförmige Metallbürste 14 einer dritten erfindungsgemä/Sen Ausführungsform gezeigt, die zwei Gleitkontaktabschnitte 14-1/4 und ,14-2/4 aufweist, welche unter einem bestimmten Winkel Θ in begegenübersteht, leicht seitlich verschoben ist und die Nut, die durch die Metallbürste 12-2 gebildet wird, im wesentlichen mit der Nut übereinstimmt die durch die Metallbürste 12-1 ausgebildet ist. Dieser Umstand ermöglicnt es, daß die Metallbürsten 12-1 und 12-2 mit dem Kommutator 5 in der gleichen Nut in Kontakt stehen, so daß die Veränderungen im Kontaktwiderstand vermindert sind und eine stabilisierte Motordrehzahl erreicht wird.

In ähnlicher Weise können in den zweiten und dritten erfindungsgemäßen Ausführungsformen, die in den F i g. 5 und 6 gezeigt sind, die Veränderungen oder Abweichungen im Kontaktwiderstand vermindert werden, so daß die Motordrehzahl durch das Neigen eines der Kontaktabschnitte (13-1/4 in Fig. 5) oder beider Kontaktabschnitte (14-1/4 und 14-2/4 in Fig. 6) um einen bestimmten Winkel Θ in axialer Richtung stabilisiert wird.

Die obige Beschreibung der ersten bis dritten Ausführu' gsform bezieht sich auf die Metallbürste, bei der nur der Gleitkontaktabschnitt gebogen ist. Jedoch kann die Metallbürste 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 der Motordrehzahl bei einer Metallbürste herkömmlicher Bauart und die Abweichungen der Motordrehzahl bei einer erfindungsgemäßen Metallbürste verglichen.

In Fig.7A ist ein Diagramm dargestellt, das die Abweichung der Motordrehzahl zeigt, wenn ein Elektrokleinmotor mit gabelförmigen Metallbürsten herkömmlicher Bauart für 1,5 Stunden jeweils bei (1/3000 U/nr.in.

bei (2) 5000 U/min und bei (3) 8000 U/min betätigt wird.

F i g. 7B zeigt sin Diagramm über die Abweichungen

der Motordrehzahl, wenn ein Elektrokleinmotor mit den Gleitkontaktdbschnitten 14-1/4 und 14-2/4 der gabelförmigeii Metallbürste 14 der dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform, die um einen Winkt!· Θ von 20° geneigt sind, in einem Zeitabschnitt von 1,5 Stunden jeweils bei (1') 3000 U/min, bei (2') 5000 U/min und bei (3') 8000 U/min betätigt wird. In den Fig. 7A und 7B kennzeichnet die Ordinate die Motordrehzahl η in U/ min und die Abszisse die Zeit in Stunden.

Beide Diagramme zeigen, daß der Elektrokleinmotor mit den herkömmlichen Metallbürsten folgende maximale Drehzahlabweichunsen hat:

etwa 1200 U/min bei einer Geschwindigkeit (1),
etwa 1300 U/min bei einer Geschwindigkeit (2) und
etwa 1500 U/min bei einer Geschwindigkeit (3).

Der Elektrokleinmotor mit den erfindungsgemäßen Metallbürsten weist eine konstante maximale Drehzahlabweichung von höchstens 500 U/min auf, wenn er mit einer Geschwindigkeit (Γ), (2') oder (3') betrieben wird.

Im folgenden Abschnitt ist die Beziehung zwischen dem Neigungswinkel θ der Metallbürsten und der Leistungsstabilität in bezug auf die Abweichungen der Motordrehzahl beschrieben, wie dies in F i g. 8 dargestellt ist. Die Formel für die Leistungsstabilität ist dabei wie folgt definiert:

Leistungsstabilität =

n—An
η

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

wobei π die vorgeschriebene Drehzahl und Δη die Abweichungen von der vorgeschriebenen Drehzahl η bedeuten.

Die Kurve über die Leistungsstabilität wurde experimentell ermittelt, wobei die Drehzahl η des Elektrokleinmotors beibehalten und der Neigungswinkel θ der Metallbürste verändert wurde.

Die Ergebnisse zeigen an, daß die Leistungsstabilität eines Elektrokleinmotors in der Nähe des Winkels θ bei 5" stark ansteigt, dann im wesentlichen ihre Sättigung bei etwa 15° erreicht, bis 30° gesättigt bleibt und dann bei einem Winkel von größer 30° wieder stärker abfällt.

Wie zuvor beschrieben ist, vermindert oder schaltet diese Erfindung ganz aus die Abweichungen in der Motordrehzahl und stabilisiert somit die Motorleistung des erfindungsgemäßen Elektrokleinmotors, da die scharfen Kanten der Gleitkontaktabschnitte 12-1Λ und 12-2A der Metallbürsten 12-1 und 12-2 durch die Schmiermitteischicht II auf der Kommutatoroberfläche schneiden und eine Nut bilden, die so groß ist, daß die Metallbürsten in Kontakt mit der Kommutatoroberfläche kommen können, selbst wenn die gegenüberliegende Metallbürste 12-2 seitwärts verschoben ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrokleinmotor mit einem Permanentmagneten, einem Rotor, einem Kommutator, der fest mit einer Rotordrehachse verbunden ist und eine Schmiermitteischicht aufweist, die auf der Kontaktoberfläche des Kommutators aufgetragen ist, und mit Metallbürsten, deren V-förmig gebogene scharfe Kanten in Gleitkontakt mit dem Kommutator stehen, wobei die scharfen Kanten der Metallbürsten durch das Schmiermittel schneiden, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbürsten (12-1, 12-2) Bürstenarme (12-15,12-25; und Gleitkontaktabschnitte (12-1A 12-2A) aufweisen, die unter einem bestimmten Winkel θ zur Rotordrehachse (7) geneigtsind.

2. Elektrokleinmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbürsten (12-1, 12-2) mit den Bürstenarmen (12-15, 12-25,' und den Gleitkontaktabschnitten (12-1A 12-2A) einstückig ausgebildet sind.

3. Eiektrokleinmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Metallbürste (12-1, 12-2) mehrere, gabelförmige Gleitkontaktabschnitte (12-lA 12-2A>und Bürstenarme (12-15,12-25; aufweist, wobei mindestens einer der Gleitkontaktabschnitte (12-lA \2-2A) unter einem bestimmten Winkel 6>zur Rotordrehachse (7) geneigt ist.

4. Elektrokleinmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Gleitkontaktabschnitte (12-lA \2-2A) unter einem bestimmten Winkel Θ zur Rotordrehachse (7) geneigt sind.

5. Elektrokleinmotor nach eir«.,-n der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Winkel Θ in einem Bereich von ungefähr 5° bis 30° liegt.