DE3808464A1 - Kommutatorvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kommutatorvorrichtung für Kleinmotoren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Kommutatorvor­ richtung, bei der ein guter Gleitkontakt zwischen einem aus mehreren Kommutatorsegmenten bestehenden Kommutator und Bürstenschleifstücken gewährleistet ist, die durch elektrisch leitende Metallstreifen gebildet sind, wodurch die Kommutierungswirkung und die Nutzungsdauer der Bürsten erhöht sind.

Bei herkömmlichen Kleinmotoren ist eine Kommutatorvor­ richtung gemäß Fig. 2 als Kommutatorvorrichtung einer einfachen Konstruktion bekannt. Fig. 2A ist eine Auf­ sicht, Fig. 2B eine Seitenansicht entlang der Linie B-B in Fig. 2A, und Fig. 2C ist eine Seitenansicht ent­ lang der Linie A-A in Fig. 2A.

In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Bürste, üblicherweise flache Bürste genannt, an deren Kopfende sich gabelförmige Bürstenschleifstücke 2 befinden.

Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Kommutator, der aus mehreren Kommutatorsegmenten 4 besteht (nachfolgend als Segmente bezeichnet). Die Segmente 4 sind durch eine Trennut 5, die in axialer Richtung des Motors ver­ läuft, voneinander getrennt.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Kleinmotor, bei dem die Bürstenschleifstücke 2 bei Drehung des Motors in Gleitkontakt mit dem Segment 4 stehen, treten die fol­ genden Probleme auf, wenn das Bürstenschleifstück 2 über die Trennut 5 gleitet:

• 1. Da die Stromzufuhr zu der Rotorwicklung schlagartig unterbrochen ist, ist es schwierig, eine konstante Strom­ zufuhr zu der Rotorwicklung sicherzustellen.
• 2. Die schlagartige Stromunterbrechung verursacht elek­ trische Funken zwischen dem Bürstenschleifstück 2 und dem Segment 4, wodurch sowohl die Abnutzung des Bürstenschleifstücks 2 als auch des Segments 4 be­ schleunigt wird. Dies führt zu einer verringerten Nutzungsdauer des Motors.
• 3. Die schlagartige Stromunterbrechung verursacht elek­ trische Geräusche, die zugehörige elektrische Geräte negativ beeinflussen.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Motor wird eine geschwärzte, verschmutzte Masse 7 (die von dem Isoliermaterial stammt) mit relativ hohem elektrischen Widerstand an den Rändern einer Bürstenkontaktzone 6 des Segments 4 aufgebaut, d. h. an dem Abschnitt des Segments 4, an dem das Segment 4 in Kontakt mit dem Bürstenschleifstück 2 steht. Die Bil­ dung der geschwärzten, verschmutzten Masse 7 ist unver­ meidlich, da diese zurückzuführen ist auf den Gleitkon­ takt und die Funken.

Da die Bürsten 1 bei der in Fig. 2 dargestellten bekannten Ausführungsform eine sogenannte flache Bürste mit einem niedrigen Bürstendruck ist (die Druckkraft, die das Bürstenschleifstück 2 auf das Segment 4 ausübt), kann die geschwärzte, verschmutzte Masse 7, die auf der Bürstenkontaktzone 6 gebildet ist, kaum entfernt wer­ den.

Dies hat zur Folge, daß sich der Bereich, in dem die geschwärzte, verschmutzte Masse 7 erzeugt wird (durch einen Pfeil a angedeutet) erweitert, wodurch die schlag­ artige Stromunterbrechung zu der Rotorwicklung ausgedehnt wird, so daß die Stromzufuhr zu der Rotorwicklung unstabil wird.

Um diese Probleme zu lösen, sind bereits die in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Kommutatorvorrichtungen für Kleinmotoren vorgeschlagen worden. Die Fig. A jeder der Fig. 4 bis 6 ist eine Aufsicht, B ist eine Teil- Seitenansicht entlang der Linie B-B in A, und C ist eine Teil-Seitenansicht entlang der Linie A-A.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel entspricht der Kommutator demjenigen in Fig. 2, mit der Ausnahme, daß die Bürste 1 die Form einer sogenannten Kreuzbürste hat, um eine stabile Stromzufuhr zu der Rotorwicklung zu ge­ währleisten.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Beispiel entspricht die Bürste 1 derjenigen in Fig. 2, jedoch gehört der Kommu­ tator 3 zu einem sogenannten schiefen Typ, um die Strom­ zufuhr zu der Rotorwicklung zu stabilisieren.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Beispiel entspricht die Bürste 1 derjenigen in Fig. 2, der Kommutator 3 gehört jedoch zu einer sogenannten Kurbelart, um die Stromzu­ fuhr zu der Rotorwicklung zu stabilisieren.

Die Ausführungsformen gemäß den Fig. 4 bis 6 haben jedoch die folgenden Nachteile:

• 1. Die in allen Ausführungsformen der Fig. 4-6 verwendeten Bürsten 1 sind flache Bürsten, wobei die Fläche des Bürstenschleifstücks 2 in Gleitkontakt mit der Fläche des Segments 4 steht. Dies führt zu einer Erhöhung des weiter oben mit Bezug auf die Fig. 3 erwähnten Bereichs a, in dem die geschwärzte, verschmutzte Masse erzeugt wird.
• 2. Infolgedessen müssen die "Kreuzwinkel" R ₁ (in Fig. 4C dargestellt) der Bürste 1 des in Fig. 4 dargestellten Beispiels, der "schiefe" Winkel R ₂ (in Fig. 5C dar­ gestellt) des Kommutators 3 des in Fig. 5 dargestellten Beispiels und der "Kurbelwinkel" R ₃ (in Fig. 6C darge­ stellt) des Kommutators 3 bei dem in Fig. 6 dargestell­ ten Beispiel einen verhältnismäßig großen Wert haben. Um eine wirkungsvolle Kommutierung zu gewährleisten, sollten der "Kreuzwinkel" R ₁, der "schiefe" Winkel R ₂ und der "Kurbelwinkel" R ₃ auf den kleinstmöglichen Wert festgesetzt werden. Bei den in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Ausführungsformen müssen diese Winkel aus den vorstehend erwähnten Gründen jedoch auf einen großen Wert festgesetzt werden.
• 3. Obwohl ein gewisses Abnutzungsmaß der Bürsten nicht vermieden werden kann, wenn ein Motor Bürsten ver­ wendet, ist die Abnutzung der Bürsten ein wesent­ liches Element, das die Nutzungsdauer des Motors bestimmt. Wie bereits oben erwähnt, gehören jedoch alle Bürsten 1 der in den Fig. 4 bis 6 darge­ stellten Ausführungsformen zu der flachen Bürstenart bei der ein Kontakt zwischen den Flächen des Bürsten­ schleifstücks 2 und dem Segment 4 besteht. Daher ist bei den in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Aus­ führungsformen die Nutzungsdauer der Bürsten gering.
• 4. Die Bürste 1 der "Kreuzart" der in Fig. 4 darge­ stellten Ausführungsform und der Kommutator 3 der "schiefen" Art der Ausführungsform gemäß Fig. 5 haben eine komplexe Konstruktion und erfordern eine große Bearbeitungsgenauigkeit, damit die oben erwähnten Winkel R konstant beibehalten werden. Dies führt zu Schwierigkeiten bei einer Massenproduktion und zu hohen Kosten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kommutatorvorrichtung für Kleinmotoren derart weiter zu entwickeln, daß mit einer einfachen Konstruktion ein stabiler elektrischer Kontakt und eine verlängerte Nutzungsdauer gewährleistet sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kenn­ zeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Kommutatorvorrichtung für Klein­ motoren enthält Bürsten mit Bürstenschleifstücken, die aus elektrisch leitenden Metallstreifen gebildet sind, und einen Kommutator, der aus mehreren Kommutatorseg­ menten besteht. Die Kommutatorsegmente stehen in Gleit­ kontakt mit den Bürstenschleifstücken. Die Trennuten zwischen den Kommutatorsegmenten haben eine Kurbelform, und die Bürstenschleifstücke sind im Querschnitt zu einer V-Form gebogen, wobei die Kommutatorsegmente in Gleitkontakt mit den zwei Schenkeln jedes der umgekehrt V-förmigen Bürstenschleifstücke stehen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfin­ dung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die Fig. 1.

Die Figuren zeigen

Fig. 1 eine Darstellung zur Erläuterung einer er­ findungsgemäßen Ausführungsform,

Fig. 1A in einer Aufsicht,

Fig. 1B in einer Teil- Seitenansicht entlang einer Linie B-B in Fig. 1A und

Fig. 1C in einer Teil-Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in Fig. 1A,

Fig. 2 eine herkömmliche Kommutatorvorrichtung für Kleinmotoren;

Fig. 3 die Bildung einer geschwärzten, verschmutzten Masse auf dem Kommutator und

Fig. 4-6 weitere Ausführungsformen bekannter Kommu­ tatorvorrichtungen für Kleinmotoren, wobei A jeweils eine Aufsicht, B jeweils eine Teil-Seitenansicht entlang einer Linie B-B in den zugehörigen Fig. A und C eine Teil-Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in der zugehörigen Fig. A dar­ stellen.

Fig. 1 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer Aus­ führungsform der Erfindung, wobei Fig. 1A eine Aufsicht, Fig. 1B eine Teil-Seitenansicht entlang der Linie B-B und Fig. 1C eine Teil-Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in Fig. 1A ist. Die Bezugszeichen in den Fi­ guren entsprechen den Bezugszeichen in den Fig. 2-6.

In Fig. 1 hat eine Bürste 1 Bürstenschleifstücke 2, die im Querschnitt eine V-Form haben. Die beiden Schenkel jedes umgekehrt V-förmigen Bürstenschleifstücks stehen im Gleitkontakt mit den Segmenten 4.

Ein Kommutator 3 gehört zu einem sogenannten Kurbeltyp, so daß Trennuten 5 zwischen den Segmenten 4 eine Kurbel­ form mit einem in Fig. 1C dargestellten "Kurbel"-Winkel R haben.

Das (V-förmige) Bürstenschleifstück 2 hat Kontakt mit der Bürste 1 in der Nähe des Kurbelwinkels R in einem hinreichend größeren Winkel als dem Kurbelwinkel R (so daß das Bürstenschleifstück 2 mit zwei verschiede­ nen Segmenten 4 in Berührung stehen kann).

Der Gleitkontakt des Kommutators 3 mit der Bürste 1 wird erfindungsgemäß an beiden Enden der umgekehrt V-förmigen Schenkel des Bürstenschleifstücks 2 herge­ stellt. Die Biegefestigkeit des Bürstenschleifstücks 2 ist durch die umgekehrte V-Form erhöht. Dies erhöht den Bürstendruck pro Flächeneinheit, wodurch leicht die ge­ schwärzte, verschmutzte Substanz 7, die mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben ist, durch die Reibwirkung der beiden Enden der umgekehrt V-förmigen Schenkel des Bürsten­ schleifstücks 2 entfernt werden kann.

Infolgedessen kann der die geschwärzte, verschmutzte Substanz erzeugende Bereich a verkleinert werden, wo­ durch es möglich ist, den Kurbelwinkel R der Trennut 5 zu verkleinern.

Dies bedeutet, daß die geschwärzte, verschmutzte Masse 7 wirkungsvoller bei einem kleineren Kurbelwinkel als dem in Fig. 6C dargestellten Kurbelwinkel R ₃ entfernt werden kann. Dies ermöglicht es wiederum, die Kommu­ tierungswirkung bzw. Leistung erheblich zu verbessern. Außerdem kann die Länge des umgekehrt V-förmigen Bürsten­ schleifstücks 2 wegen des kleinen Kurbelwinkels R ver­ ringert werden, wodurch in vorteilhafter Weise die Größe des Motors verringert werden kann.

Da das Bürstenschleifstück 2 eine V-Form hat und an beiden Enden der umgekehrt V-förmigen Schenkel in Gleitkontakt mit dem Segment 4 steht, ist die durch einen Pfeil t in Fig. 1C dargestellte Höhe des Abschnitts, an dem das Bürstenschleifstück 2 in Kontakt mit dem Segment 4 steht, vergrößert. Dies verleiht der Bürste einen erhöhten Ab­ nutzungsspielraum, was wiederum zu einer erheblich ver­ größerten Nutzungsdauer der Bürste 1 führt.

Außerdem kann ein Preßvorgang oder ein Prägevorgang verwendet werden, um dem Bürstenschleifstück 2 die V-Form zu verleihen und um das Segment 4 des Kommutators 3 mit hoher Genauigkeit und Leichtigkeit in eine Kurbel­ form zu bringen, wodurch die Massenproduktion er­ leichtert ist.

In der dargestellten Ausführungsform hat die Bürste 3 gabelförmige Bürstenschleifstücke, die jeweils die um­ gekehrt V-förmigen Schenkel haben. Unter Berücksichtigung der Elastizität der Bürste kann diese jedoch nur ein ein­ ziges Bürstenschleifstück oder eine Vielzahl von Bürsten­ schleifstücken haben. Wenn die Bürste eine Vielzahl gabel­ förmiger Federn aufweist, ruft selbst der Kontakt des Bür­ stenschleifstücks mit dem Kommutator an der Spitze der V-Form eine hohe Druckkraft pro Flächeneinheit hervor, wodurch ebenfalls die oben beschriebene Wirkung hervorge­ rufen wird.

Wie bereits erwähnt, ermöglicht die Erfindung die Erhöhung der Druckkraft pro Flächeneinheit zwischen dem Kommutator und der Bürste, wodurch die Bildung der geschwärzten, ver­ schmutzten Masse leicht verhindert wird. Dies stabilisiert den elektrischen Kontakt.

Die V-förmige Bürste verleiht dem Bürstenschleifstück einen erhöhten Abnutzungsspielraum und kann mit hoher Genauigkeit durch einen Präge- oder Stanzvorgang in einer Massenproduktion hergestellt werden.

Die Kommutierungswirkung kann stabilisiert und ver­ bessert werden, und elektrische Funken werden vermieden. Dies führt zu einer erhöhten Nutzungsdauer der Bürste und demzufolge zu einer längeren Nutzungsdauer des Motors.

Da keine elektrischen Funken auftreten, werden andere Teile einer elektrischen Ausrüstung nicht negativ beein­ flußt.

Claims (3)

1. Kommutatorvorrichtung für Kleinmotoren, mit Bürsten, die durch elektrisch leitende Metallstreifen gebildete Bürstenschleifstücke aufweisen, und einem Kommutator, der aus mehreren Kommutatorsegmenten besteht, wobei die Kommutatorsegmente in Gleitkontakt mit den Bürstenschleif­ stücken stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennuten (5) zwischen den Kommutatorsegmenten (4) eine Kurbelform haben und daß die Bürstenschleif­ stücke (2) im Querschnitt eine V-Form haben, so daß die Kommutatorsegmente (2) mit den beiden Schenkeln jedes umgekehrt V-förmigen Bürstenschleifstücks in Kontakt stehen.

2. Kommutatorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürstenschleifstücke (2) eine Gabelform haben.

3. Kommutatorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutator mit der unteren Spitze der V-Form der Bürstenschleifstücke (2) in Kontakt steht.