DE60107040T2

DE60107040T2 - Gleichstrommotor und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE60107040T2
Application number: DE60107040T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Hamamatsu-shi Shizuoka-ken Harada; Takeshi Toyohashi-shi Aichi-ken Tanaka
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2000-12-25
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2021-12-22
Also published as: US6580237B2; EP1220428A1; US20020105294A1; DE60107040D1; EP1220428B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleichstrommotor und ein Herstellungsverfahren desselben.
Ein Gleichstrommotor wird allgemein benutzt, um Scheibenwischer eines Fahrzeugs anzutreiben. Eine Art von Gleichstrommotoren weist drei Bürsten auf, um die Drehgeschwindigkeit des Motors zu verändern. Wenn der Motor in einem Normalbetrieb ist oder mit geringer Geschwindigkeit läuft, wird Strom Ankerspulen durch eine erste Bürste und eine zweite Bürste zugeführt. Wenn der Motor bei hoher Geschwindigkeit läuft, wird den Ankerspulen durch die zweite Bürste und eine dritte Bürste Strom zugeführt.
Der Gleichstrommotor umfasst einen Kommutator, welcher aus einer Anzahl von Segmenten gebildet ist. Die Enden jeder Spule sind jeweils mit einem benachbarten Paar der Segmente verbunden. Die erste, zweite und dritte Bürste gleiten entlang des Kommutators. Während sich der Motor in einem Normalbetrieb unter Benutzung der ersten und der zweiten Bürste befindet, wird die Flussrichtung des Stroms durch jede Spule umgeschaltet, wenn eine Grenze eines benachbarten Paars der Segmente, mit welchem die Spule verbunden ist, an jeder der ersten und der zweiten Bürste vorbeigeht. Das Umschalten der Flussrichtung des Stroms durch jede Spule wird als Kommutation bezeichnet. Während der Kommutation kontaktiert jede der ersten und der zweiten Bürste ein benachbartes Paar der Segmente zum selben Zeitpunkt und ruft einen Kurzschluss in der Spule, welche mit dem Paar der Segmente verbunden ist, hervor. Der Zeitraum, während dem die Spule kurzgeschlossen ist, wird als Kommutationszeitraum bezeichnet.
Wenn die dritte Bürste ein benachbartes Paar der Segmente zur selben Zeit kontaktiert, während der Gleichstrommotor in einem Normalbetrieb ist, wird die Spule, welche mit dem Paar der Segmente verbunden ist, durch die dritte Bürste kurzgeschlossen. Zu diesem Zeitpunkt fließt instantan ein großer Strom durch die mit dem Paar der Segmente verbundene Spule. Der große Strom fließt aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft in die entgegengesetzte Richtung zu der Flussrichtung des Stroms, bevor der Kurzschluss hervorgerufen wird.
Ein Graph in 26 zeigt die Fluktuationen eines Stroms, welcher durch eine der Spulen fließt, während der Gleichstrommotor in einem Normalbetrieb unter Benutzung der ersten und zweiten Bürste ist. Stromspitzen A2, B2 in dem Graphen zeigen abrupte Veränderungen des Stroms, wenn die dritte Bürste einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente, mit welchem die Spule verbunden ist, hervorruft. Die dritte Bürste entlädt Funken bei den Stromspitzen A2, B2. Die Funken rufen Lärm hervor und nutzen die dritte Bürste ab. Daher ist es nötig, dass ein Element wie eine Spule (Induktivität) und einen Kondensator in dem Antriebsschaltkreis des Motors vorgesehen ist, um den Lärm zu reduzieren. Das vergrößert die Anzahl von Teilen und die Kosten des Motors.
Wie durch durchgehende Linien C2, D2 in dem Graphen von 26 gezeigt, wird, wenn die Kommutation in einer der Spulen durchgeführt wird, während der Motor im Normalbetrieb ist, die Blindspannung in der Spule erzeugt. Die Blindspannung verzögert den Wechsel der Flussrichtung des Stroms. Als Folge verändert sich der Strom am Ende des Kommutationszeitraums abrupt, und die Kommutation wird nicht verlässlich durchgeführt.
In der FR 279 14 86 A1 ist ein Gleichstrommotor mit drei Bürsten offenbart, wobei zwei Bürsten dazu dienen, dem Motor Strom zuzuführen, während die dritte Bürste dazu dient, eine Drehgeschwindigkeit des Motors zu messen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gleichstrommotor bereitzustellen, welcher die durch einen Kurzschluss verursachten Nachteile unterdrückt, eine Kommutation verlässlich durchführt und die Anzahl von Teilen und Kosten reduziert. Die vorliegende Erfindung stellt zudem ein Verfahren zur Herstellung des Gleichstrommotors bereit.
Dieses Ziel wird durch einen Gleichstrommotor gemäß Anspruch 1 oder 2 und ein Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 8 erreicht. Die abhängigen Ansprüche definieren jeweils bevorzugte Ausführungsbeispiele.
Um das vorstehende Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung einen Gleichstrommotor umfassend einen Anker, einen Kommutator, eine erste, zweite und dritte Bürste und ein Paar von Magneten, bereit. Der Anker umfasst einen Kern und eine Vielzahl von Spulen bzw. Wicklungen. Der Kern weist eine Vielzahl von Zähnen auf, welche voneinander um einen vorgegebenen Winkelabstand beabstandet sind. Die Zähne bilden eine Vielzahl von Zahngruppen, von welchen jede eine vorgegebene Anzahl von Zähnen umfasst. Der Zahn, welcher in einer Drehrichtung des Ankers an dem vordersten Ende in jeder Zahngruppe ist, ist der zuvorderste Zahn. Jede Spule ist um eine der Zahngruppen gewickelt. Der Kommutator dreht sich zusammen mit dem Anker. Der Kommutator umfasst eine Vielzahl von Segmenten. Jede Spule ist mit einem benachbarten Paar der Segmente verbunden. Die erste Bürste, die zweite Bürste und die dritte Bürste sind in vorgegebenen Winkelintervallen um die Drehachse des Ankers angeordnet. Die Bürsten können jedes Segment kontaktieren, um die Spulen über die Segmente mit Strom zu versorgen. Wenn den Spulen Strom durch die erste Bürste und die zweite Bürste zugeführt wird, wird der Anker mit geringer Geschwindigkeit gedreht. Wenn den Spulen Strom über die zweite Bürste und die dritte Bürste zugeführt wird, wird der Anker mit hoher Geschwindigkeit gedreht. Das Paar von Magneten ist einander zugewandt, wobei der Anker dazwischen angeordnet ist. Einer der Magnete weist einen magnetischen Flussveränderungsabschnitt an einem Umfangsabschnitt des Magneten auf, welcher derart angeordnet ist, dass, wenn die dritte Bürste beginnt, einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente während der Drehung des Ankers in dieser Richtung zu verursachen, die zuvorderste Kante des zuvordersten Zahns in der Zahngruppe, um welche die Spule, welche mit dem Paar von kurzgeschlossenen Segmenten verbunden ist, gewickelt ist, damit beginnt, den magnetischen Flussveränderungsabschnitt umfangsmäßig zu überlappen. Die Umfangsabmessung des magnetischen Flussabschnitts entspricht dem Winkel, um welchen sich der Anker dreht, während die dritte Bürste einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente hervorruft.
Die vorliegende Erfindung stellt zudem einen Gleichstrommotor umfassend einen Anker, einen Kommutator, eine erste, zweite und dritte Bürste und ein Paar von Magneten, bereit. Der Anker umfasst einen Kern und eine Vielzahl von Spulen bzw. Wicklungen. Der Kern weist eine Vielzahl von Zähnen auf, welche voneinander um einen vorgegebenen Winkelabstand beabstandet sind. Die Zähne bilden eine Vielzahl von Zahngruppen, von welchen jede eine vorgegebene Anzahl von Zähnen umfasst. Der Zahn, welcher in einer Drehrichtung des Ankers an dem hintersten Ende in jeder Zahngruppe ist, ist der hinterste Zahn. Jede Spule ist um eine der Zahngruppen gewickelt. Der Kommutator dreht sich zusammen mit dem Anker. Der Kommutator umfasst eine Vielzahl von Segmenten. Jede Spule ist mit einem benachbarten Paar der Segmente verbunden. Die erste Bürste, die zweite Bürste und die dritte Bürste sind in vorgegebenen Winkelintervallen um die Drehachse des Ankers angeordnet. Die Bürsten können jedes Segment kontaktieren, um die Spulen über die Segmente mit Strom zu versorgen. Wenn den Spulen Strom durch die erste Bürste und die zweite Bürste zugeführt wird, wird der Anker mit geringer Geschwindigkeit gedreht. Wenn Strom den Spulen über die zweite Bürste und die dritte Bürste zugeführt wird, wird der Anker mit hoher Geschwindigkeit gedreht. Das Paar von Magneten ist einander zugewandt, wobei der Anker dazwischen angeordnet ist. Einer der Magnete weist einen magnetischen Flussveränderungsabschnitt an einem Umfangsabschnitt des Magneten auf. Wenn die dritte Bürste beginnt, einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente während der Drehung des Ankers in dieser Richtung zu verursachen, beginnt das hinterste Ende des hintersten Zahns in der Zahngruppe, um welche die Spule, welche mit dem Paar von kurzgeschlossenen Segmenten verbunden ist, gewickelt ist, damit, den magnetischen Flussveränderungsabschnitt umfangsmäßig zu überlappen. Die Umfangsabmessung des magnetischen Flussabschnitts entspricht dem Winkel, um welchen sich der Anker dreht, während die dritte Bürste einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente hervorruft.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Gleichstrommotor, welcher einen Anker, einen Kommutator, eine erste, zweite und dritte Bürste, ein Paar von Magneten und einen zweiten magnetischen Flussveränderungsabschnitt umfasst.
Der Anker umfasst einen Kern und eine Vielzahl von Spulen. Der Kern weist eine Vielzahl von Zähnen auf, welche voneinander um einen vorgegebenen Winkelabstand beabstandet sind. Die Zähne bilden eine Vielzahl von Zahngruppen, von denen jede eine vorgegebene Anzahl von Zähnen umfasst. Der Zahn, der in Drehrichtung des Ankers an dem vordersten Ende in jeder Zahngruppe ist, ist der zuvorderste Zahn. Jede Spule ist um eine der Zahngruppen gewickelt. Der Kommutator dreht sich zusammen mit dem Anker. Der Anker umfasst eine Vielzahl von Segmenten. Jede Spule ist mit einem benachbarten Paar der Segmente verbunden. Die erste Bürste, die zweite Bürste und die dritte Bürste sind um die Drehachse des Ankers in vorgegebenen Winkelintervallen angeordnet. Die Bürsten können jedes Segment kontaktieren, um den Spulen über die Segmente Strom zuzuführen. Wenn den Spulen durch die erste Bürste und die zweite Bürste Strom zugeführt wird, wird der Anker in einem ersten Modus gedreht. Wenn den Spulen Strom durch die zweite Bürste und die dritte Bürste zugeführt wird, wird der Anker in einem zweiten Modus gedreht. Das Paar von Magneten ist einander mit dem Anker dazwischen zugewandt. Jeder Magnet umfasst einen Hauptabschnitt und einen Verlängerungsabschnitt, welcher sich von dem Hauptabschnitt erstreckt. Der Verlängerungsabschnitt umfasst einen ersten magnetischen Flussveränderungsabschnitt. Der magnetische Fluss an dem ersten magnetischen Flussveränderungsabschnitt vergrößert sich allmählich in Drehrichtung des Ankers. Der zweite magnetische Flussveränderungsabschnitt erstreckt sich umfangsmäßig in einem Teil einer der Hauptabschnitte. Wenn die dritte Bürste beginnt, einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente während der Drehung des Ankers hervorzurufen, beginnt das zuvorderste Ende des zuvordersten Zahns in der Zahngruppe, welche der mit dem Paar der Segmente verbundenen Spule entspricht, damit, den magnetischen Flussveränderungsabschnitt umfangsmäßig zu überlappen.
Die vorliegende Erfindung stellt zudem einen Gleichstrommotor bereit, welcher einen Anker, einen Kommutator, eine erste, zweite und dritte Bürste, ein Paar von Magneten und einen zweiten magnetischen Flussveränderungsabschnitt umfasst. Der Anker umfasst einen Kern und eine Vielzahl von Spulen. Der Kern weist eine Vielzahl von Zähnen auf, welche voneinander um einen vorgegebenen Winkelabstand beabstandet sind. Die Zähne bilden eine Vielzahl von Zahngruppen, von denen jede eine vorgegebene Anzahl von Zähnen umfasst. Der Zahn, der in Drehrichtung des Ankers an dem hintersten Ende in jeder Zahngruppe ist, ist der hinterste Zahn. Jede Spule ist um eine der Zahngruppen gewickelt. Der Kommutator dreht sich zusammen mit dem Anker. Der Anker umfasst eine Vielzahl von Segmenten. Jede Spule ist mit einem benachbarten Paar der Segmente verbunden. Die erste Bürste, die zweite Bürste und die dritte Bürste sind um die Drehachse des Ankers in vorgegebenen Winkelintervallen angeordnet. Die Bürsten können jedes Segment kontaktieren, um den Spulen über die Segmente Strom zuzuführen. Wenn den Spulen durch die erste Bürste und die zweite Bürste Strom zugeführt wird, wird der Anker in einem ersten Modus gedreht. Wenn den Spulen Strom durch die zweite Bürste und die dritte Bürste zugeführt wird, wird der Anker in einem zweiten Modus gedreht. Das Paar von Magneten ist einander mit dem Anker dazwischen zugewandt. Jeder Magnet umfasst einen Hauptabschnitt und einen Verlängerungsabschnitt, welcher sich von dem Hauptabschnitt erstreckt. Der Verlängerungsabschnitt umfasst einen ersten magnetischen Flussveränderungsabschnitt. Der magnetische Fluss an dem ersten magnetischen Flussveränderungsabschnitt vergrößert sich allmählich in Drehrichtung des Ankers. Der zweite magnetische Flussveränderungsabschnitt erstreckt sich umfangsmäßig in einem Teil einer der Hauptabschnitte. Wenn die dritte Bürste beginnt, einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente während der Drehung des Ankers hervorzurufen, beginnt das hinterste Ende des hintersten Zahns in der Zahngruppe, welche der mit dem Paar der Segmente verbundenen Spule entspricht, damit, den magnetischen Flussveränderungsabschnitt umfangsmäßig zu überlappen.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist der magnetische Flussveränderungsabschnitt ein Umkehrflussabschnitt, welcher einen magnetischen Fluss in die Richtung erzeugt, welche entgegengesetzt zu der Richtung des von dem anderen Teil des Magneten erzeugten magnetischen Flusses liegt, oder ein Abschnitt mit schwachem Fluss, welcher eine niedrigere magnetische Flussdichte als die magnetische Flussdichte, welche in dem anderen Teil des Magneten erzeugt wird, erzeugt.
Die vorliegende Erfindung stellt zudem ein Verfahren zur Herstellung eines Gleichstrommotors wie oben beschrieben bereit. Der Motor umfasst wie oben erklärt einen Anker, einen Kommutator, eine erste, zweite und dritte Bürste und ein Paar von Magneten. Der Anker umfasst einen Kern und eine Vielzahl von Spulen. Der Kommutator dreht sich zusammen mit dem Anker. Der Kommutator umfasst eine Vielzahl von Segmenten. Jede Spule ist mit einem benachbarten Paar der Segmente verbunden. Die erste Bürste, die zweite Bürste und die dritte Bürste sind um die Drehachse des Ankers in vorgegebenen Winkelabständen angeordnet. Die Bürsten können jedes Segment kontaktieren, um den Spulen durch die Segmente Strom zuzuführen. Wenn den Spulen durch die erste Bürste und die zweite Bürste Strom zugeführt wird, wird der Anker in einen ersten Modus gedreht. Wenn den Spulen durch die zweite Bürste und die dritte Bürste Strom zugeführt wird, wird der Anker in einem zweiten Modus gedreht. Das Paar der Magnete ist einander mit dem Anker dazwischen zugewandt. Das Herstellungsverfahren umfasst einen ersten Polarisationsprozess und einen zweiten Polarisationsprozess. Bei dem ersten Polarisationsprozess werden die Magnete einem Teil eines magnetischen Felds ausgesetzt, welcher eine im Wesentlichen gleichförmige Richtung und eine im Wesentlichen gleichförmige Kraft aufweist, so dass die Magnete einen magnetischen Fluss mit einer im Wesentlichen gleichförmigen Richtung und einer im Wesentlichen gleichförmigen Kraft aufweisen. Bei dem zweiten Polarisationsprozess wird ein Teil einer der Magnete einem Teil eines magnetischen Felds ausgesetzt, welcher eine im Wesentlichen entgegengesetzte Richtung zu dem in dem ersten Polarisationsprozess erzeugten magnetischen Feld aufweist, wodurch ein magnetischer Flussveränderungsabschnitt an dem Umfangsabschnitt des Magneten gebildet wird. Der in dem magnetischen Flussveränderungsabschnitt erzeugte magnetische Fluss unterdrückt die in der Spule aufgrund eines Kurzschlusses, welcher während der Drehung des Ankers in dem ersten Modus durch die dritte Bürste zwischen einem benachbarten Paar der Segmente hervorgerufen wird, in der Spule induzierte elektromotorische Kraft.
Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung, welche beispielhaft die Prinzipien der Erfindung darstellt, deutlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Erfindung zusammen mit ihren Aufgaben und Vorteilen kann am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der momentan bevorzugten Ausführungsbeispiele zusammen mit der beigefügten Zeichnung verstanden werden, worin:
1 eine Querschnittsansicht ist, welche einen Gleichstrommotor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt,
2 ein erklärendes Diagramm ist, welches die magnetische Flussverteilung des in dem in 1 gezeigten Gleichstrommotor bereitgestellten Magneten darstellt,
3 ein Graph ist, welcher die Fluktuationen eines Stroms zeigt, welche durch die in 1 gezeigten Ankerspulen fließt,
4 eine Diagrammansicht ist, welche einen ersten Polarisationsprozess der Magnete darstellt,
5 eine Diagrammansicht ist, welche einen zweiten Polarisationsprozess der Magnete darstellt,
6 eine Querschnittsansicht ist, welche einen Gleichstrommotor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
7 ein Graph ist, welcher die Fluktuationen der in einer der Spulen des in 6 gezeigten Motors induzierten Spannung zeigt,
8 eine Querschnittsansicht ist, welche einen Gleichstrommotor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt,
9 ein Graph ist, welcher die Fluktuationen der in einer der Spulen des in 8 gezeigten Motors induzierten Spannung zeigt,
10 ein erklärendes Diagramm ist, welches die magnetische Flussverteilung eines in einem Gleichstrommotor gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgesehenen Magneten darstellt,
11 eine Querschnittsansicht ist, welche einen Gleichstrommotor gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
12 ein erklärendes Diagramm ist, welches die magnetische Flussverteilung des in dem in 11 gezeigten Motor vorgesehenen Magneten darstellt,
13 ein Graph ist, welcher die Fluktuationen der in einer der Spulen des in 11 gezeigten Motors induzierten Spannung zeigt,
14 eine Querschnittsansicht ist, welche einen Gleichstrommotor gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
15 ein erklärendes Diagramm ist, welches die magnetische Flussverteilung des in dem in 14 gezeigten Motor vorgesehenen Magneten darstellt,
16 ein Graph ist, welcher die Fluktuationen der in einer der Spulen des in 14 gezeigten Motors induzierten Spannung zeigt,
17 ein erklärendes Diagramm ist, welches die magnetische Flussverteilung eines in einem Gleichstrommotor gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgesehenen Magneten darstellt,
18 ein erklärendes Diagramm ist, welches die magnetische Flussverteilung eines in einem Gleichstrommotor gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgesehenen Magneten darstellt,
19 eine Querschnittsansicht ist, welche eine schematische Struktur eines Gleichstrommotors gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
20 eine Querschnittsansicht ist, welche eine schematische Struktur eines Gleichstrommotors gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt,
21 eine Querschnittsansicht ist, welche eine schematische Struktur eines Gleichstrommotors gemäß einem elften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt,
22 ein Graph ist, welcher die Drehmoment-Motor-Eigenschaften jedes der in 19 bis 21 gezeigten Motoren darstellt,
23 eine Querschnittsansicht ist, welche eine schematische Struktur eines Gleichstrommotors gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
24 eine Querschnittsansicht ist, welche eine schematische Struktur eines Gleichstrommotors gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt,
25 eine teilweise Querschnittsansicht ist, welche eine schematische Struktur eines Gleichstrommotors gemäß einem vierzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, und
26 ein Graph ist, welcher die Fluktuationen eines Stroms zeigt, welcher durch eine der Ankerspulen eines Gleichstrommotors gemäß dem Stand der Technik fließt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Erstes Ausführungsbeispiel
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 1 bis 5 beschrieben werden. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Gleichstrommotors 1. Der Gleichstrommotor 1 wird beispielsweise als Scheibenwischermotor benutzt, welcher Scheibenwischer eines Fahrzeugs in geeigneter Weise antreibt.
Wie in 1 gezeigt umfasst der Gleichstrommotor oder der Scheibenwischermotor 1 ein Paar von Magneten 2, 3, einen Anker 4, einen Kommutator 5 und drei Bürsten 6, 7, 8.
Insbesondere ist der Scheibenwischermotor 1 ein bipolarer Gleichstrommotor und weist ein den Motor beherbergendes Joch 9 auf. Die Magneten 2, 3, welche einen Nordpol und einen Südpol bilden, sind einander mit dem Anker 4 dazwischen zugewandt. Die Magnete 2, 3 sind in Bezug auf den Mittelpunkt des Ankers 4 symmetrisch. Daher wird zum Zwecke der Veranschaulichung die Struktur bezogen auf den Magneten 2 beschrieben. Der Anker 4 umfasst einen Kern 10 und um den Kern 10 gewickelte Spulen 11. Um den Anker 4 zu drehen, wird den Spulen 11 Strom zugeführt.
Der Ankerkern 10 weist Zähne 10a auf, deren Anzahl in diesem Ausführungsbeispiel zwölf ist. Auch die Anzahl der Spulen 11 ist in diesem Ausführungsbeispiel zwölf. Jeder Zahn 10a weist eine Querstange an dem distalen Ende auf. Die Querstangen der Zähne erstrecken sich in Umfangsrichtung. Bei diesem Ausführungsbeispiel bilden jeweils fünf hintereinander folgende Zähne 10a eine Gruppe, und es gibt zwölf Gruppen der Zähne 10a. Insbesondere ist jeder der Zähne 10a an der zuvordersten Position in der Drehrichtung X in einer der Zahngruppen angeordnet, und der Zahn 10a an der zweitvordersten Position in dieser Gruppe ist zudem der zuvorderste Zahn 10a in der nächsten Gruppe. Auf diese Weise ist jeder Zahn 10a als der zuvorderste Zahn bezüglich des hintersten Zahns 10a definiert, oder der erste bis fünfte Zahn 1., 2., 3., 4. und 5. in fünf aufeinanderfolgenden Zahngruppen. Jede Spule 11 ist um eine der Zahngruppen gewickelt. Nur eine der Spulen 11 ist in 1 gezeigt. Die Zähne 10a sind um 30° Intervalle beabstandet. Daher ist der durch jedes benachbarte Paar der Zähne 10a definierte Winkel 30°. In anderen Worten ist der Ankerschlitzwinkel θ 30° (30° = 360°/12). Diese Wicklungsstruktur wird als verteilte Wicklung bezeichnet.
Der Kommutator 5 ist an einer Seite des Ankers 4 angeordnet und umfasst zwölf Segmente 12. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zwölf Segmente 12 um 30°-Intervalle beabstandet. Jede Spule 11 ist um eine der Gruppen der Zähne 10a gewickelt. Jedes Ende der Spule 11 ist mit einem eines benachbarten Paars der Segmente 12 verbunden, welche im Wesentlichen gegenüberliegend zu der entsprechenden Gruppe der Zähne 10a bezogen auf die Achse des Kommutators 5 liegen. Beispielsweise ist jedes Ende der Spule 11 mit einem der Segmente 12a, 12b in 1 verbunden.
Drei Bürsten 6, 7, 8 werden dazu gedrängt, den Kommutator 5 zu kontaktieren. Die erste und die zweite Bürste 6, 7 sind um die Achse des Kommutators 5 um 180° beabstandet. Die dritte Bürste 8 ist von der ersten Bürste 6 um einen vorgegebenen Winkel δ in der Drehrichtung X des Ankers 4 beabstandet. Der vorgegebene Winkel δ ist ein spitzer Winkel. Jede Bürste 6, 7, 8 ist über einen entsprechenden Anschluss 6a, 7a, 8a mit einer Gleichstromversorgungsschaltung 13 verbunden.
Die Gleichstromversorgungsschaltung 13 weist eine Gleichstromversorgung 14 und einen Auswahlschalter 15 auf. Die erste Bürste 6 und die dritte Bürste 8 sind wahlweise mit dem positiven Pol der Gleichstromversorgung 14 über den entsprechenden Anschluss 6a, 8a und den Auswahlschalter 15 verbunden. Die zweite Bürste 7 ist immer über den Anschluss 7a mit dem negativen Pol der Gleichstromversorgung 14 verbunden. Der Auswahlschalter 15 wählt entweder die erste Bürste 6 oder die dritte Bürste 8 für die Gleichstromversorgung 14 aus. Wenn die erste Bürste 6 mit der Gleichstromversorgung 14 verbunden ist, wird dem Motor 1 durch die erste Bürste 6 und die zweite Bürste 7 Strom zugeführt. Wenn die dritte Bürste 8 mit der Gleichstromversorgung 14 verbunden ist, wird dem Motor 1 durch die zweite Bürste 7 und die dritte Bürste 8 Strom zugeführt.
Bei der vorliegenden Erfindung verbindet der Auswahlschalter 15 die erste Bürste 6 mit der Gleichstromversorgung 14, wenn der Motor in einem Normalbetrieb ist oder mit niedriger Geschwindigkeit läuft. Wenn der Motor mit hoher Geschwindigkeit läuft, verbindet der Auswahlschalter 15 die dritte Bürste 8 mit der Gleichstromversorgung 14.
Die Gleichstromversorgung 14 liefert Gleichstrom durch eine der ersten und der dritten Bürste 8, ausgewählt durch den Auswahlschalter 15, die zweite Bürste 7 und den Kommutator 5 an die Spulen 11. Dann dreht sich der Anker 4 im Uhrzeigersinn in der Ansicht von 1 oder in die Richtung, welche durch den Pfeil X angezeigt ist. Der Kommutator 5 dreht sich mit dem Anker 4.
Wenn sich der Kommutator 5 dreht, ändert sich der Verbindungszustand der Bürsten 6, 7, 8 in Bezug auf die Segmente 12 des Kommutators 5. In dem in 1 gezeigten Zustand ist sowohl die erste Bürste 6 als auch die zweite Bürste 7 in Kontakt mit einem benachbarten Paar der Segmente 12, so dass ein Kurzschluss zwischen den zwei Segmenten 12 hervorgerufen wird. Die dritte Bürste 8 kontaktiert nur ein Segment 12 (das Segment 12a in 1). Wenn sich der Kommutator 5 mit dem Anker 4 weiter dreht, kontaktiert die dritte Bürste 8 ein benachbartes Paar der Segmente 12a, 12b, so dass ein Kurzschluss zwischen den zwei Segmenten 12a, 12b hervorgerufen wird.
Wenn der Motor in einem Normalbetrieb ist oder bei niedriger Geschwindigkeit läuft, wird die Flussrichtung des Stroms durch jede Spule 11 umgeschaltet, wenn eine Grenze eines Paars der Segmente 12, welche mit der entsprechenden Spule 11 verbunden ist, sich entlang der ersten oder der zweiten Bürste 6, 7 bewegt. In anderen Worten wird die Flussrichtung des Stroms durch jede Spule 11 umgeschaltet, nachdem die erste oder die zweite Bürste 6, 7 einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente 12, mit welchen die Spule 11 verbunden ist, hervorruft. Das Umschalten der Flussrichtung des Stroms durch jede Spule 11 wird als die Kommutation bezeichnet. Wenn der Motor 1 bei hoher Geschwindigkeit unter Benutzung der zweiten und der dritten Bürste 7, 8 läuft, wird die Kommutation in derselben Weise durchgeführt wie wenn sich der Motor 1 in einem Normalbetrieb befindet.
Der Magnet 2 (3) erstreckt sich in der Umfangsrichtung und entspricht beispielsweise dem Schlitzwinkel θ multipliziert mit einer ganzen Zahl. In diesem Ausführungsbeispiel entspricht die Länge des Magneten 2 (3) 120° (4θ).
Der Magnet 2 weist einen magnetischen Flussveränderungsabschnitt auf, das heißt einen Umkehrflussabschnitt 2a wie durch zweifach gepunktete Linien in 1 und 2 gezeigt. Eine gekrümmte Linie P in 2 zeigt, dass magnetischer Fluss in dem Umkehrflussabschnitt 2a bezüglich des anderen Teils des Magneten 2, welcher benachbart zu dem Umkehrflussabschnitt 2a liegt (Teil P1 in 2), in der entgegengesetzten Richtung erzeugt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Umkehrflussabschnitt 2a in Drehrichtung X des Ankers 4 auf der vorderen Seite ausgehend von dem mittleren Teil des Magneten 2 angeordnet.
Wie in 2 gezeigt ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel die magnetische Flussdichte des Umkehrflussabschnitts 2a an der zuvordersten Position des Umkehrflussabschnitts 2a bezüglich der Drehrichtung X des Ankers 4 maximal. Die magnetische Flussdichte des Umkehrflussabschnitts 2a kann aber auch in der Mitte des Umkehrflussabschnitts 2a am größten sein.
Der zuvorderste Zahn 10a in der Drehrichtung X des Ankers 4 in jeder Zahngruppe wird als ein erster Zahn (zuvorderster Zahn) 1. bezeichnet. Wenn sich der Anker 4 dreht und die dritte Bürste 8 beginnt, einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente 12 hervorzurufen, beginnt der erste Zahn in einer Zahngruppe, um welche die Spule 11 gewickelt ist, welche mit dem Paar der Segmente 12 verbunden ist, damit, den Umkehrflussabschnitt 2a umfangsmäßig zu überlappen.
In 1 kontaktiert die dritte Bürste 8 nur eines der Segmente 12a. Die dritte Bürste 8 ist in einer Position unmittelbar vor der Hervorrufung eines Kurzschlusses zwischen dem Segment 12a und dem benachbarten Segment 12b. In diesem Zustand beginnt der erste Zahn 1. in einer Zahngruppe, welche der mit den Segmenten 12a, 12b verbundenen Spule 11 entspricht, damit, den Umkehrflussabschnitt 2a umfangsmäßig zu überlappen. Insbesondere ist das zuvorderste Ende der Querstange des Zahns mit dem Umkehrflussabschnitt 2a ausgerichtet.
Die Umfangsabmessung des Umkehrflussabschnitts 2a entspricht dem Winkel θ1, um welchen sich der Anker 4 dreht, während die dritte Bürste 8 einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente 12 hervorruft.
Der Graph in 3 zeigt die Fluktuationen des Stroms, welcher durch eine der Spule 11 fließt, wenn sich der Motor 1 unter Benutzung der ersten Bürste 6 und der zweiten Bürste 7 bei einer niedrigen Geschwindigkeit dreht. Spitzen A1, B1 in dem Graphen zeigen die Fluktuationen des Stroms, wenn ein Kurzschluss durch die dritte Bürste 8 zwischen einem benachbarten Paar der Segmente 12, welche mit der entsprechenden Spule 11 verbunden sind, hervorgerufen wird.
Wenn ein Kurzschluss durch die dritte Bürste 8 zwischen einem benachbarten Paar der Segmente 12 hervorgerufen wird, fließt instantan ein großer Strom durch die mit dem Paar der Segmente 12 verbundene Spule 11. Der große Strom fließt aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft in die entgegengesetzte Richtung zu der Flussrichtung des Stroms, bevor ein Kurzschluss hervorgerufen wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel beginnt jedoch das zuvorderste Ende des ersten Zahns 1 in einer Zahngruppe, welche der mit dem Paar der Segmente 12 verbundenen Spule 11 entspricht, damit, den Umkehrflussabschnitt 2a umfangsmäßig zu überlappen, wenn sich der Anker 4 dreht und die dritte Bürste 8 beginnt, einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente 12 hervorzurufen. Der magnetische Fluss, welcher in dem Umkehrflussabschnitt 2a erzeugt wird, erzeugt eine Spannung in der entsprechenden Spule 11. Die Spannung unterdrückt die elektromotorische Kraft, welche aufgrund eines Kurzschlusses in der entsprechenden Spule 11 induziert wird. Daher unterdrückt der Umkehrflussabschnitt 2a die elektromotorische Kraft, welche in der entsprechenden Spule 11 aufgrund eines zwischen zwei Segmenten 12 hervorgerufenen Kurzschluss induziert wird. Als Ergebnis sind die Stromspitzen A1, B1, welche von dem Graphen in 3 gezeigt sind, verglichen mit den Stromspitzen A2, B2 gemäß dem Stand der Technik, welche durch den Graphen in 26 gezeigt sind, kleiner.
Das Polarisationsverfahren der Magnete 2, 3 wird nun unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben. Das Polarisationsverfahren der Magnete 2, 3 umfasst einen ersten Polarisationsprozess, bei welchem die gesamten Magnete 2, 3 gleichmäßig polarisiert werden, und den zweiten Polarisationsprozess, bei welchem ein Teil des Magneten 2 polarisiert wird.
Bei dem ersten Polarisationsprozess werden die Magnete 2, 3 von einer Hauptpolarisationsvorrichtung 20 wie in 4 gezeigt polarisiert. Insbesondere weist die Hauptpolarisationsvorrichtung 20 ein erstes Polarisationsjoch 21 und ein zweites Polarisationsjoch 22 auf. Sowohl das erste Polarisationsjoch 21 als auch das zweite Polarisationsjoch 22 weist eine Endoberfläche auf, welche der äußeren Umfangsoberfläche des den Motor beherbergenden Jochs 9 zugewandt ist. Der Krümmungsradius jeder Endoberfläche ist größer als derjenige der äußeren Umfangsoberfläche des den Motor beherbergenden Jochs 9. Das erste und das zweite Polarisationsjoch 21, 22 sind angeordnet, den Magneten 2 bzw. 3 zugewandt zu sein, so dass das erste und das zweite Polarisationsjoch 21, 22 das den Motor beherbergenden Joch umgeben. Eine erste Spule 23 ist um das erste Polarisationsjoch 21 gewickelt und eine zweite Spule 24 ist um das zweite Polarisationsjoch 22 gewickelt. Strom fließt durch die erste Spule 23 und die zweite Spule 24 von der mit „+" bezeichneten Seite zu der mit „-" in 4 bezeichneten Seite. Dann wird jeder der Magnete 2, 3, welcher zwischen dem ersten Polarisationsjoch 21 und dem zweiten Polarisationsjoch 22 angeordnet ist, einem Teil eines magnetischen Feldes ausgesetzt, welches eine im Wesentlichen gleichförmige Richtung und eine im Wesentlichen gleichförmige Kraft aufweist. Als Ergebnis ist die Richtung des magnetischen Flusses der Magnete 2, 3 im Wesentlichen gleichförmig, und die magnetische Flussdichte ist im Wesentlichen gleichförmig.
Zweiter Polarisationsprozess
Bei dem zweiten Polarisationsprozess wird der Magnet 2 durch eine Unterpolarisationsvorrichtung 30 wie in 5 gezeigt teilweise polarisiert. Insbesondere weist die Unterpolarisationsvorrichtung 30 ein Unterpolarisationsjoch 31 zur Bildung des Umkehrflussabschnitts 2a an dem Magneten 2 auf. Das Unterpolarisationsjoch 31 weist eine distale Endoberfläche auf, welche der äußeren Umfangsoberfläche des den Motor beherbergenden Jochs 9 zugewandt ist. Der Krümmungsradius der distalen Endoberfläche ist größer als derjenige der äußeren Umfangsoberfläche des den Motor beherbergenden Jochs 9. Die Breite der distalen Endoberfläche des Unterpolarisationsjochs 31 entspricht der umfangsmäßigen Abmessung des zu bildenden Umkehrflussabschnitts 2a, das heißt dem Winkel θ1, um welchen sich der Anker dreht, während die dritte Bürste 8 einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente 12 hervorruft. Das Unterpolarisationsjoch 31 ist ausgestaltet, sich mit dem Teil des Magneten 2 auszurichten, an welchem der Umkehrflussabschnitt 2a gebildet wird. Eine Unterspule 32 ist um das Unterpolarisationsjoch 31 gewickelt.
Strom fließt durch die Unterspule 32 von der in 5 mit „+" bezeichneten Seite zu der mit „-" bezeichneten Seite. Dann wird ein Teil des Magneten 2, welcher der distalen Endoberfläche des Unterpolarisationsjoch 31 zugewandt ist, einem Teil eines magnetischen Feldes ausgesetzt, welcher eine im Wesentlichen entgegengesetzte Richtung zu derjenigen des magnetischen Feldes, welches in dem ersten Polarisationsprozess erzeugt wurde, aufweist. Als Ergebnis wird der Umkehrflussabschnitt 2a, welcher einen magnetischen Fluss in der entgegengesetzten Richtung zu dem anderen Teil erzeugt, an dem Magneten 2 ausgebildet. Die umfangsmäßige Abmessung des Umkehrflussabschnitts 2a ist gleich der Breite der distalen Endoberfläche des Unterpolarisationsjochs 31. In anderen Worten entspricht die umfangsmäßige Abmessung des Umkehrflussabschnitts 2a dem Winkel θ1, um welchen sich der Anker 4 dreht, während die dritte Bürste 8 einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente 12 hervorruft.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel stellt die folgenden Vorteile bereit.

(1) Wenn sich der Anker 4 dreht und die dritte Bürste 8 beginnt, einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente 12 hervorzurufen, beginnt der erste Zahn 1. einer Zahngruppe, welche der mit dem Paar der Segmente 12 verbundenen Spule 11 entspricht, damit, den Umkehrflussabschnitt 2a umfangsmäßig zu überlappen. Daher unterdrückt der Umkehrflussabschnitt 2a die elektromotorische Kraft, welche in der entsprechenden Spule 11 aufgrund eines zwischen dem Paar der Segmente 12 erzeugten Kurzschlusses induziert wird. Daher werden die plötzlichen Stromfluktuationen in der entgegengesetzten Richtung vermieden. Als Ergebnis wird die dritte Bürste 8 daran gehindert, Funken zu entladen, und der Lärm des Motors 1 und die Abnutzung der dritten Bürste 8 werden verringert. Daher muss ein Teil wie eine Spule (Induktivität) und ein Kondensator nicht in der Antriebsschaltung des Motors 1 zur Verringerung von Lärm vorgesehen sein. Dies verringert die Anzahl von Teilen und die Kosten des Motors 1.
(2) Die Strominterferenz aufgrund eines Kurzschlusses durch die dritte Bürste 8 wird nur durch das Vorsehen des Umkehrflussabschnitts 2a an dem Magneten 2 verringert. Daher ist das Herstellungsverfahren einfach und werden die Kosten verringert.
(3) Die Magnete 2, 3 werden durch den ersten Polarisationsprozess, bei welchem die gesamten Magnete 2, 3 einem Teil eines magnetischen Feldes mit im Wesentlichen gleichförmiger Richtung ausgesetzt werden, und den zweiten Polarisationsprozess, bei welchem ein Teil des Magneten 2 einem Teil eines magnetischen Feldes mit einer im Wesentlichen entgegengesetzten Richtung zu derjenigen des in dem ersten Polarisationsprozess erzeugten magnetischen Feldes ausgesetzt wird, gebildet. Daher wird der Umkehrflussabschnitt 2a durch ein einfaches Verfahren gebildet, und die Kosten des Motors 1 werden verringert.

Zweites Ausführungsbeispiel
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 6 und 7 beschrieben. Hauptsächlich werden unten stehend die Unterschiede zu dem in 1 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel diskutiert.
Wie in 6 gezeigt ist jede Spule 11 um eine der Zahngruppen gewickelt. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 1 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel darin, dass jedes Ende der Spule 11 mit einem eines benachbarten Paars der Segmente 12 verbunden ist, welches in der Nachbarschaft der entsprechenden Gruppe der Zähne 10a liegt. Beispielsweise sind die Enden einer der in 6 gezeigten Spule 11 mit den Segmenten 12c und 12d verbunden.
Die erste und die zweite Bürste 6, 7 sind voneinander um die Achse des Kommutators 5 in gleicher Weise wie in dem in 1 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel um 180° beabstandet. Die dritte Bürste 8 unterscheidet sich jedoch von dem in 1 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel darin, dass die dritte Bürste 8 von der zweiten Bürste 7 um einen vorgegebenen Winkel δ1 in der Drehrichtung X des Ankers 4 beabstandet ist. Jede Bürste 6 bis 8 ist mit der (nicht gezeigten) Gleichstromversorgungsschaltung verbunden, welche die gleiche ist wie die in 1 gezeigte Gleichstromversorgungsschaltung 13.
Der Magnet 2 (3) unterscheidet sich von dem in 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiel darin, dass sich der Magnet 2 (3) in Umfangsrichtung erstreckt und dem Schlitzwinkel θ multipliziert mit fünf entspricht. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht die Länge des Magneten 2 (3) 150 Grad.
Der Magnet 2 umfasst den Umkehrflussabschnitt 2a wie bei dem in 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiel. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Umkehrflussabschnitt 2a jedoch an der von dem mittleren Teil des Magneten 2 in Drehrichtung X des Ankers 4 hinteren Seite angeordnet. Als Ergebnis ist das zuvorderste Ende des ersten Zahns 1. in einer Zahngruppe, um welche die mit dem Paar der Segmente 12 verbundene Spule 11 gewickelt ist, mit einem hinteren Ende des Umkehrflussabschnitts 2a ausgerichtet, wenn die dritte Bürste 8 beginnt, einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente 12 hervorzurufen.
Die umfangsmäßige Abmessung des Umkehrflussabschnitts 2a entspricht dem Winkel θ1, um welchen sich der Anker 4 dreht, während die dritte Bürste 8 einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente 12 hervorruft, wie bei dem in 1 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel.
Ein Graph in 7 zeigt die Fluktuationen der in einer der Spulen 11 erzeugten Spannung, wenn der Motor 1 in einem Normalbetriebsmodus unter Benutzung der ersten und der zweiten Bürste 6, 7 ist. Die horizontale Achse des Graphen zeigt den Drehwinkel des Ankers 4. Gemäß dem Graphen ruft die dritte Bürste 8 einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente 12, mit welchem eine der Spulen 11 verbunden ist, hervor, wenn sich der Anker 4 um 90 Grad von der Drehwinkelposition null Grad dreht. Während der Kurzschluss hervorgerufen wird, geht das zuvorderste Ende des ersten Zahns 1. einer Zahngruppe, um welche die mit dem Paar der Segmente 12 verbundene Spule 11 gewickelt ist, an dem Umkehrflussabschnitt 2a vorbei. Als Ergebnis ist die in der entsprechenden Spule 11 erzeugte Spannung im Wesentlichen null, während der Kurzschluss hervorgerufen wird.
Daher bietet das zweite Ausführungsbeispiel denselben Vorteil wie das in 1 bis 5 dargestellte erste Ausführungsbeispiel.
Drittes Ausführungsbeispiel
Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 8 und 9 beschrieben. Hauptsächlich werden die Unterschiede zu dem in 6 und 7 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel untenstehend diskutiert.
Wie in 8 gezeigt ist bei dem dritten Ausführungsbeispiel ein Umkehrflussabschnitt 3a an dem Magneten 3 anstelle des Magneten 2 vorgesehen. Der Umkehrflussabschnitt 3a ist an der von dem Mittelteil des Magneten 3 in Drehrichtung X des Ankers 4 vorderen Seite angeordnet. Wenn sich der Anker 4 dreht und die dritte Bürste 8 beginnt, einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente 12 (12c, 12d in 8) hervorzurufen, beginnt sich der fünfte Zahn 5. einer Zahngruppe, um welche die mit dem Paar der Segmente 12 verbundene Spule 11 gewickelt ist, damit, sich von dem Umkehrflussabschnitt 3a zu trennen. In anderen Worten ist, wenn die dritte Bürste 8 beginnt, einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente 12 hervorzurufen, das hinterste Ende des fünften Zahns 5. in einer Zahngruppe, um welche die mit dem Paar der Segmente 12 verbundenen Spule 11 gewickelt ist, mit dem hinteren Ende des Umkehrflussabschnitts 3a ausgerichtet. Wie bei dem in 1 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist der fünfte Zahn 5. der hinterste Zahn 10a in einer Zahngruppe bezüglich der Drehrichtung X des Ankers 4.
Die umfangsmäßige Abmessung des Umkehrflussabschnitts 3a entspricht dem Winkel θ1, um welchen sich der Anker 4 dreht, während die dritte Bürste 8 einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente 12 wie bei dem in 6 dargestellten Motor 1 hervorruft.
9 ist ein Graph, welcher dem Graph von 7 entspricht. Gemäß dem Graph von 9 ruft wie bei dem Graphen von 7, wenn sich der Anker 4 um 90 Grad von der Drehwinkelposition null Grad dreht, die dritte Bürste 8 einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente 12 hervor, mit welchem eine der Spulen 11 verbunden ist. Während der Kurzschluss hervorgerufen wird, trennt sich der fünfte Zahn 5. einer Zahngruppe, um welchen die mit dem Paar der Segmente 12 verbundene Spule 11 gewickelt ist, allmählich von dem Umkehrflussabschnitt 3a. In anderen Worten geht das hinterste Ende der Zahnquerstange des fünften Zahns 5. an dem Umkehrflussabschnitt 3a vorbei. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt der magnetische Fluss, welcher in dem Umkehrflussabschnitt 3a erzeugt wird, eine Spannung in der Spule 11. Die Spannung hebt die elektromotorische Kraft auf, welche aufgrund eines Kurschlusses in der Spule 11 induziert wird. Als Ergebnis ist die in der Spule 11 erzeugte Spannung im Wesentlichen null, während der Kurzschluss hervorgerufen wird.
Daher bietet das dritte Ausführungsbeispiel ebenso die gleichen Vorteile wie das in 6 und 7 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel.
Viertes Ausführungsbeispiel
Ein in 10 dargestelltes viertes Ausführungsbeispiel ist eine Abwandlung des in 1 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels. Bei dem vierten Ausführungsbeispiel ist ein Abschnitt 2a' mit schwachem Fluss, welcher ein magnetischer Flussveränderungsabschnitt ist, an dem Magneten 2 anstelle des Umkehrflussabschnitts 2a vorgesehen. Wie durch eine gekrümmte Linie P in 10 gezeigt, erzeugt der Abschnitt 2a' mit schwachem Fluss einen magnetischen Fluss, dessen Richtung die gleiche ist wie diejenige des magnetischen Flusses, welcher in dem anderen Teil des Magneten erzeugt wird. Die magnetische Flussdichte des Abschnitts 2a' mit schwachem Fluss ist jedoch geringer als die magnetische Flussdichte des anderen Teils des Magneten 2 (siehe eine gekrümmte Linie P2 in 10). Diese Struktur bietet ebenso dieselben Vorteile wie das in 1 bis 5 dargestellte erste Ausführungsbeispiel.
Der Abschnitt mit schwachem Fluss wie in 10 gezeigt kann anstelle des Umkehrflussabschnitts 2a, 3a in dem in 6 bis 9 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel bereitgestellt sein.
Fünftes Ausführungsbeispiel
Ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 11 bis 13 beschrieben. Hauptsächlich werden untenstehend die Unterschiede zu dem zweiten Ausführungsbeispiel der 6 und 7 diskutiert.
Wie in 11 gezeigt umfasst bei dem fünften Ausführungsbeispiel der Magnet 2 (3) einen Hauptabschnitt 2b (3b) und einen Verlängerungsabschnitt 2c (3c). Der Verlängerungsabschnitt 2c (3c) erstreckt sich von dem Hauptabschnitt 2b (3b) in Drehrichtung X des Ankers 4 nach vorne.
Der Hauptabschnitt 2b (3b) erstreckt sich in Umfangsrichtung und entspricht dem Schlitzwinkel θ multipliziert mit vier. Bei dem fünften Ausführungsbeispiel entspricht die Länge des Hauptabschnitts 2b (3b) 120 Grad. Der verlängerte Abschnitt 2c (3c) erstreckt sich in Umfangsrichtung und entspricht dem Schlitzwinkel θ, welcher 30 Grad ist. Daher entspricht die umfangsmäßige Abmessung des Magneten 2 (3) dem Schlitzwinkel θ multipliziert mit fünf. Bei dem fünften Ausführungsbeispiel entspricht die Länge des Magneten 2 (3) 150 Grad.
Ein Abschnitt zur allmählichen Änderung des magnetischen Flusses bzw. allmählicher Flussänderungsabschnitt 2d (3d) ist an dem Verlängerungsabschnitt 2c (3c) ausgebildet. Die magnetische Flussdichte des allmählichen Flussänderungsabschnitts 2d (3d) ist an der Grenze zwischen dem Hauptabschnitt 2b (3b) und dem Verlängerungsabschnitt 2c (3c) minimal, wie durch eine gekrümmte Linie P in 12 gezeigt. Die magnetische Flussdichte vergrößert sich allmählich in Drehrichtung X des Ankers 4 in dem Gebiet innerhalb eines vorgegebenen Winkels δ2. Der vorgegebene Winkel δ2 erstreckt sich von der Grenze in die Drehrichtung X des Ankers 4 (siehe eine gekrümmte Linie P3 in 12).
Der Umkehrflussabschnitt 2a ist an dem Hauptabschnitt 2b des Magneten 2 vorgesehen. Wie bei dem in 6 und 7 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel weist der Umkehrflussabschnitt 2a einen magnetischen Fluss (einen Abschnitt P4 in 12) auf, dessen Richtung entgegengesetzt derjenigen des anderen Teils des Hauptabschnitts 2b ist, wie durch die gekrümmte Linie P in 12 gezeigt. Der Umkehrflussabschnitt 2a ist an der hinteren Seite von dem Mittelteil des Magneten 2 in Drehrichtung X des Ankers 4 angeordnet. Der Umkehrflussabschnitt 2a ist in Umfangsrichtung im Wesentlichen in der Mitte des Hauptabschnitts 2b angeordnet. Wie bei dem in 6 und 7 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist, wenn sich der Anker 4 dreht und die dritte Bürste 8 beginnt, einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente 12 hervorzurufen, das zuvorderste Ende des ersten Zahns 1. einer Zahngruppe, um welche die mit dem Paar der Segmente 12 verbundene Spule 11 gewickelt ist, mit dem hinteren Ende des Umkehrflussabschnitts 2a ausgerichtet. Bei dem fünften Ausführungsbeispiel ist die magnetische Flussdichte des Umkehrflussabschnitts 2a an dem Mittelteil des Umkehrflussabschnitts 2a in Umfangsrichtung maximal.
Wie in 11 dargestellt ist ein Bogenwinkel, welcher der umfangsmäßigen Abmessung des Umkehrflussabschnitts 2a entspricht, als θ2 bezeichnet, ein Bogenwinkel, welcher der umfangsmäßigen Abmessung der dritten Bürste 8 entspricht, als θ3 bezeichnet, und ein Bogenwinkel, welcher der umfangsmäßigen Abmessung jedes Segments 12 entspricht, als θ4 bezeichnet. Wenn die dritte Bürste 8 beginnt, einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente 12 hervorzurufen, ist die dritte Bürste 8 innerhalb des Bereichs einer Zahngruppe angeordnet, um welche die mit dem Paar der Segmente 12 verbundene Spule 11 gewickelt ist. In diesem Zustand ist eine bestimmte Anzahl der Zähne 10a in der Zahngruppe auf der in Drehrichtung X des Ankers 4 vorderen Seite der dritten Bürste 8 angeordnet. Die Anzahl der Zähne 10a, welche an der vorderen Seite angeordnet ist, wird als N1 bezeichnet. Der Winkel δ01 zwischen der radialen Linie L1, welche sich in Umfangsrichtung durch die Mitte des Umkehrflussabschnitts 2a erstreckt, und der radialen Linie L2, welche sich durch die Mitte der dritten Bürste 8 erstreckt, ist durch die folgende Gleichung gegeben. δ01 = (N1 · 84) + (θ2/2) + (θ4 – θ3)/2
Bei dem fünften Ausführungsbeispiel ist der Wert von N1 wie in 11 gezeigt zwei.
13 ist ein Graph, welcher dem Graph von 7 entspricht, und zeigt dasselbe Ergebnis wie 7. Gemäß dem Graph von 13 ruft die dritte Bürste, wenn sich der Anker 4 um 90 Grad von der Drehwinkelposition null Grad dreht, einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente 12 hervor, mit welchem eine der Spulen 11 verbunden ist. Während der Kurzschluss hervorgerufen ist, geht das zuvorderste Ende des ersten Zahns 1. in einer Zahngruppe, um welche die mit dem Paar der Segmente 12 verbundene Spule 11 gewickelt ist, an dem Umkehrflussabschnitt 2a vorbei. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt ein magnetischer Fluss, welcher in dem Umkehrflussabschnitt 2a erzeugt wird, eine Spannung in der Spule 11. Die Spannung hebt die elektromotorische Kraft auf, welche aufgrund eines Kurzschlusses in der Spule 11 induziert wird. Als Ergebnis ist die in der Spule 11 erzeugte Spannung im Wesentlichen null, während ein Kurzschluss hervorgerufen wird.
Wenn der Motor 1 in einem Normalbetrieb unter Benutzung der ersten und der zweiten Bürste 6, 7 ist, wird die Stromflussrichtung durch jede Spule 11 umgeschaltet, nachdem die erste oder die zweite Bürste 6, 7 einen Kurzschluss zwischen dem entsprechenden benachbarten Paar der Segmente 12, mit welchen die Spule 11 verbunden ist, hervorruft. Der Zeitraum, während dem die Spule 11 kurzgeschlossen ist, um die Stromflussrichtung umzuschalten, oder für die Kommutation, wird als Kommutationszeitraum der Spule 11 bezeichnet.
Eine der Spulen 11, welche in dem Kommutationszeitraum ist, ist dem Verlängerungsabschnitt 2c (3c) oder einem allmählichen Magnetflussänderungsabschnitt 2d (3d) des Magneten 2 (3) zugewandt. Insbesondere geht während dem Kommutationszeitraum das zuvorderste Ende des ersten Zahns 1. einer Zahngruppe, welche der Spule 11 entspricht, an dem allmählichen Magnetflussänderungsabschnitt 2d (3d) vorbei. Der allmähliche Magnetflussänderungsabschnitt 2d (3d) vergrößert allmählich den magnetischen Fluss in Drehrichtung X des Ankers 4. Daher wird die Menge des magnetischen Flusses, welcher während dem Kommutationszeitraum durch die Spule 11 hindurchgeht, entsprechend der Drehung des Ankers 4 allmählich größer. Die Vergrößerungsrate des magnetischen Flusses vergrößert sich ebenso entsprechend der Drehung des Ankers 4. Als Ergebnis ist die Spannung, welche in der Spule 11 induziert wird, die sich in dem Kommutationszeitraum befindet, klein während dem Kommutationszeitraum und vergrößert sich allmählich entsprechend der Drehposition des Ankers 4. Die induzierte Spannung hebt die Reaktanzspannung auf. Dies verringert Unterkommutation.
Gemäß einem Graphen in 26 wird, wenn die Kommutation in einer der Spulen 11 durchgeführt wird, die Änderung der Stromflussrichtung verzögert, und der Strom ändert sich instantan am Ende des Kommutationszeitraums gemäß dem Stand der Technik, wie durch eine durchgehende Line C2, D2 gezeigt. Auf der anderen Seite ändert sich der Strom gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel während dem Kommutationszeitraum gleichmäßig, und die Kommutation wird wie durch einfach gepunktete Linien C1, D1 gezeigt verlässlich durchgeführt.
Bei dem fünften Ausführungsbeispiel ist der Umkehrflussabschnitt 2a an dem Magneten 2 vorgesehen. Daher werden die gleichen Vorteile wie bei dem in 6, 7 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel erhalten. Insbesondere ist bei dem fünften Ausführungsbeispiel die magnetische Flussdichte des Umkehrflussabschnitts 2a an dem Mittelteil in Umfangsrichtung des Umkehrflussabschnitts 2a maximal. Dementsprechend wird verglichen mit dem in 6, 7 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel die in der Spule 11 aufgrund eines Kurzschlusses durch die dritte Bürste 8 induzierte elektromotorische Kraft effizienter unterdrückt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der allmähliche Magnetflussänderungsabschnitt 2d (3d) an dem Verlängerungsabschnitt 2c (3c) des Magneten 2 (3) ausgebildet. Als Ergebnis ändert sich die Stromflussrichtung während dem Kommutationszeitraum jeder Spule 11 gleichmäßig, und die Kommutation wird verlässlich durchgeführt.
Sechstes Ausführungsbeispiel
Ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 14 bis 16 beschrieben. Hauptsächlich werden untenstehend die Unterschiede zu dem in 11 bis 13 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel diskutiert.
Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel ist wie in 14 und 15 gezeigt der Umkehrflussabschnitt 3a an dem Magneten 3 anstelle des Magneten 2 vorgesehen. Wie durch eine gekrümmte Linie P in 15 gezeigt weist der Umkehrflussabschnitt 3a einen magnetischen Fluss (einen Teil P5 in 15) auf, dessen Richtung entgegengesetzt derjenigen des anderen Teils des Hauptabschnitts 3b ist. Der Umkehrflussabschnitt 3a ist an der von dem Mittelteil des Magneten 3 in Drehrichtung X des Ankers 4 vorderen Seite angeordnet. Wenn sich der Anker 4 dreht und die dritte Bürste 8 beginnt, einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente 12 (12c, 13d in 8) hervorzurufen, beginnt der fünfte Zahn (hinterste Zahn) 5. in einer Zahngruppe, um welche die mit dem Paar der Segmente 12 verbundenen Spule 11 gewickelt ist, damit, sich von dem Umkehrflussabschnitt 3a zu trennen. In anderen Worten ist, wenn die dritte Bürste 8 beginnt, einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente 12 hervorzurufen, das hinterste Ende des fünften Zahns 5. in einer Zahngruppe, um welche die mit dem Paar der Segmente 12 verbundene Spule 11 gewickelt ist, mit dem hinteren Ende des Umkehrflussabschnitts 3a ausgerichtet.
Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel ist die Struktur des Umkehrflussabschnitts 3a die gleiche wie bei dem in 8 und 9 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel.
Wie in 11 gezeigt ist ein Bogenwinkel, welcher der umfangsmäßigen Abmessung des Umkehrflussabschnitts 3a entspricht, als θ2 bezeichnet, ein Bogenwinkel, welcher der umfangsmäßigen Abmessung der dritten Bürste 8 entspricht, als θ3 bezeichnet, und ein Bogenwinkel, welcher der umfangsmäßigen Abmessung jedes Segments 12 entspricht, als θ4 gekennzeichnet. Wenn die dritte Bürste 8 beginnt, einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente 12 hervorzurufen, ist die dritte Bürste 8 innerhalb des Bereichs einer Zahngruppe angeordnet, um welche die mit dem Paar der Segmente 12 verbundene Spule 11 gewickelt ist. In diesem Zustand ist eine bestimmte Anzahl der Zähne 10a in der Zahngruppe an der in der Drehrichtung X des Ankers 4 hinteren Seite der dritten Bürste 8 angeordnet. Die Anzahl der Zähne 10a, welche an der hinteren Seite angeordnet ist, wird als N2 bezeichnet. Der Winkel δ02 zwischen der radialen Linie L3, welche sich durch die Mitte des Umkehrflussabschnitts 3a in Umfangsrichtung erstreckt, und der radialen Linie L2, welche sich durch die Mitte der dritten Bürste 8 erstreckt, ist durch die folgende Gleichung gegeben. δ02 = (N2 · 84) + (θ2/2) + (θ4 – θ3)/2
Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel ist der Wert von N2 drei wie in 14 gezeigt.
16 ist ein Graph, welcher dem Graphen der 13 entspricht und dieselben Ergebnisse wie 13 zeigt. Gemäß dem Graphen von 16 ruft die dritte Bürste 8, wenn sich der Anker 4 von der Drehwinkelposition null Grad um 90 Grad dreht, einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente 12 hervor, mit welchem eine der Spulen 11 verbunden ist. Während der Kurzschluss hervorgerufen wird, trennt sich der fünfte Zahn 5. einer Zahngruppe, um welche die mit dem Paar der Segmente 12 verbundene Spule gewickelt ist, allmählich von dem Umkehrflussabschnitt 3a. In anderen Worten geht das hinterste Ende der Zahnquerstange des fünften Zahns 5. an dem Umkehrflussabschnitt 3a vorbei. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt der magnetische Fluss, welcher in dem Umkehrflussabschnitt 3a erzeugt wird, eine Spannung in der Spule 11. Die Spannung hebt die elektromotorische Kraft auf, welche aufgrund eines Kurzschlusses in der Spule 11 induziert wird. Als Ergebnis ist die in der Spule 11 erzeugte Spannung im Wesentlichen null, während der Kurzschluss hervorgerufen wird.
Daher bietet das sechste Ausführungsbeispiel ebenso die gleichen Vorteile wie das in 11 bis 13 dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel.
Siebtes Ausführungsbeispiel
Ein in 17 gezeigtes siebtes Ausführungsbeispiel ist eine Modifikation des in 11 bis 13 dargestellten fünften Ausführungsbeispiels. Bei dem siebten Ausführungsbeispiel wird der Abschnitt 2a' mit schwachem Fluss an dem Hauptabschnitt 2b anstelle des Umkehrflussabschnitts 2a bereitgestellt. Wie durch eine gekrümmte Linie P in 17 gezeigt erzeugt der Abschnitt 2a' mit schwachem Fluss einen magnetischen Fluss, dessen Richtung die gleiche wie diejenige des in dem anderen Teil des Hauptabschnitts 2b erzeugten magnetischen Flusses ist. Die magnetische Flussdichte des Abschnitts 2a' mit schwachem Fluss ist jedoch geringer als die magnetische Flussdichte des anderen Teils des Hauptabschnitts 2b (siehe eine gekrümmte Linie P6 in 17). Diese Struktur bietet ebenso dieselben Vorteile wie das in 11 bis 13 dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel.
Achtes Ausführungsbeispiel
Ein in 18 gezeigtes achtes Ausführungsbeispiel ist eine Abwandlung des in 14 bis 16 dargestellten sechsten Ausführungsbeispiels. Bei dem achten Ausführungsbeispiel ist anstelle des Umkehrflussabschnitts 3a der Abschnitt 3a' mit schwachem Fluss an dem Hauptabschnitt 3b vorgesehen. Wie durch eine gekrümmte Linie P in 18 gezeigt erzeugt der Abschnitt 3a' mit schwachem Fluss einen magnetischen Fluss, dessen Richtung die gleiche ist wie diejenige des in dem anderen Teil des Hauptabschnitts 3b erzeugten magnetischen Flusses. Die magnetische Flussdichte des Abschnitts 3a' mit schwachem Fluss ist jedoch geringer als die magnetische Flussdichte des anderen Teils des Hauptabschnitts 3b (siehe eine gekrümmte Linie P7 in 18). Diese Struktur bietet ebenso dieselben Vorteile wie das in 11 bis 13 dargestellte sechste Ausführungsbeispiel.
Ein in 19 gezeigtes neuntes Ausführungsbeispiel ist eine Abwandlung des in 11 bis 13 gezeigten fünften Ausführungsbeispiels. Der Hauptabschnitt 2b (3b) des Magneten 2 (3) erstreckt sich in die Umfangsrichtung und entspricht dem Schlitzwinkel θ multipliziert mit drei. Bei dem neunten Ausführungsbeispiel entspricht die Länge des Hauptabschnitts 2b (3b) des Magneten 2 (3) 90 Grad. Daher entspricht die umfangsmäßige Abmessung des Magneten 2 (3) dem Schlitzwinkel θ multipliziert mit vier. Bei dem neunten Ausführungsbeispiel entspricht die Länge des Magneten 2 (3) 120 Grad. Der Magnet 2 und der Magnet 3 sind voneinander um 60 Grad in Umfangsrichtung an beiden Enden beabstandet.
Das in 14 bis 16 gezeigte sechste Ausführungsbeispiel kann wie das in 19 dargestellte neunte Ausführungsbeispiel aufgebaut sein.
Zehntes Ausführungsbeispiel
Ein in 20 gezeigtes zehntes Ausführungsbeispiel ist eine Abwandlung des in 11 bis 13 gezeigten fünften Ausführungsbeispiels. Bei dem zehnten Ausführungsbeispiel ist eine Vertiefung 2e (3e) an dem Verlängerungsabschnitt 2c (3c) des Magneten 2 (3) ausgebildet. Die radiale Dicke des Verlängerungsabschnitts 2c (3c) vergrößert sich allmählich in Drehrichtung X des Ankers 4. Somit wird der allmähliche Magnetflussänderungsabschnitt 2d (3d) an dem Verlängerungsabschnitt 2c (3c) ausgebildet. Der Hauptabschnitt 2b des Magneten 2 ist in zwei Teile geteilt. Der Umkehrflussabschnitt 2a, welcher ein separates Teil ist, ist zwischen den geteilten Teilen des Hauptabschnitts 2b angeordnet.
Das in 14 bis 16 gezeigte sechste Ausführungsbeispiel kann wie das in 20 gezeigte zehnte Ausführungsbeispiel aufgebaut sein.
Elftes Ausführungsbeispiel
Ein in 21 gezeigtes elftes Ausführungsbeispiel ist eine Abwandlung des in 11 bis 13 dargestellten fünften Ausführungsbeispiels. Bei dem elften Ausführungsbeispiel ist ein ferromagnetischer Abschnitt 102 (103), welcher aus einem Material mit großer magnetischer Permeabilität wie Weichstahl gebildet ist, an dem in Drehrichtung X des Ankers 4 hinteren Ende des Magneten 2 (3) angeordnet. Insbesondere erstreckt sich der Hauptabschnitt 2b (3b) des Magneten 2 (3) in der Umfangsrichtung und entspricht dem Schlitzwinkel θ multipliziert mit drei. Bei dem elften Ausführungsbeispiel entspricht die umfangsmäßige Abmessung des Hauptabschnitt 2b (3b) des Magneten 2 (3) 90 Grad. Der ferromagnetische Abschnitt 102 (103) erstreckt sich in der Umfangsrichtung und entspricht dem Schlitzwinkel θ, welcher bei dem elften Ausführungsbeispiel 30 Grad ist. Der ferromagnetische Abschnitt 102 (103) berührt das in Drehrichtung X des Ankers 4 hintere Ende des Hauptabschnitts 2b (3b). Der radiale Querschnitt des ferromagnetischen Abschnitts 102 (103) ist gleich demjenigen des Hauptabschnitts 2b (3b).
22 ist ein Graph, welcher Drehmoment-Motor-Eigenschaften des in 19 bis 21 dargestellten Motors zeigt. Eine gekrümmte Linie K1 in dem Graphen zeigt die Eigenschaften des in 19 gezeigten Motors 1. Eine gekrümmte Linie K2 in dem Graphen zeigt die Eigenschaften des in 21 gezeigten Motors 1. Eine gekrümmte Linie K3 in dem Graphen zeigt die Eigenschaften des in 20 gezeigten Motors 1. Die Drehgeschwindigkeit des in 20 und 21 gezeigten Motors 1 ist geringer als diejenige des in 19 gezeigten Motors 1, um dasselbe Drehmoment zu erzeugen. Das heißt, verglichen mit dem in 19 gezeigten Motor 1 arbeitet der in 20 und 21 gezeigte Motor 1 mit geringerer Drehgeschwindigkeit, um dasselbe Drehmoment zu erzeugen. Da der Magnet 2 (3) des in 20 gezeigten Motors 1 länger als der Magnet 2 (3) des in 19 gezeigten Motors ist, ist der in 20 gezeigte Motor 1 jedoch teurer als der in 19 gezeigte Motor 1. Auf der anderen Seite ist der Hauptabschnitt 2b (3b) des Magneten 2 (3) des in 21 gezeigten Motors 1 kürzer als derjenige des in 20 gezeigten Motors 1. Anstelle des langen Magneten 2 (3) ist der in 21 gezeigte Motor 1 mit dem ferromagnetischen Abschnitt 102 (103) versehen, welcher gegen den Hauptabschnitt 2b (3b) stößt. Der ferromagnetische Abschnitt 102 (103) wirkt als Magnet und verstärkt somit das Magnetfeld. Weiterhin ist der ferromagnetische Abschnitt 102 (103) wie Weichstahl wenig teuer. Daher bietet der in 21 gezeigte Motor 1 eine hohe Leistung und verringert die Kosten.
Das in 14 bis 16 gezeigte sechste Ausführungsbeispiel kann wie das in 21 dargestellte elfte Ausführungsbeispiel aufgebaut sein.
Zwölftes Ausführungsbeispiel
Ein in 23 gezeigtes zwölftes Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel einer Struktur gemäß dem in 21 gezeigten elften Ausführungsbeispiel, welche auf einen Motor angewendet ist, welcher den Magneten 2 (3) ohne den Verlängerungsabschnitt 2c (3c) oder den allmählichen Magnetflussänderungsabschnitt 2d (3d) aufweist.
Dreizehntes Ausführungsbeispiel
Ein in 24 gezeigtes dreizehntes Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel des in 21 gezeigten elften Ausführungsbeispiels, welches auf den Motor angewendet ist, welcher den Magneten 2 (3) ohne den Flussumkehrabschnitt 2a (3a) oder den Abschnitt 2a' (3a') mit schwachem Fluss aufweist. Bei dem in 24 gezeigten Beispiel bildet der allmähliche Magnetflussänderungsabschnitt 2d (3d) die Vertiefung 2e (3e) an dem Verlängerungsabschnitt 2c (3c) des Magneten 2 (3) wie bei dem in 20 gezeigten zehnten Ausführungsbeispiel.
Vierzehntes Ausführungsbeispiel
Ein in 25 gezeigtes vierzehntes Ausführungsbeispiel ist eine Abwandlung der in 21 bis 24 gezeigten Ausführungsbeispiele. Bei dem vierzehnten Ausführungsbeispiel ist der ferromagnetische Abschnitt integral an dem den Motor beherbergenden Joch 9 ausgebildet. Das heißt, Teile des den Motor beherbergenden Jochs 9 sind wie in 25 gezeigt durch Pressen radial nach innen deformiert. Dies bildet Vorsprünge 9a, welche als die ferromagnetischen Abschnitte funktionieren. Jeder Vorsprung 9a berührt das in Drehrichtung X des Ankers 4 hintere Ende des entsprechenden Magneten 2, 3. Die radial nach innen gerichtete Umfangsoberfläche jedes Vorsprungs 9a ist mit der radial nach innen gerichteten Umfangsoberfläche des entsprechenden Magneten 2, 3 ausgerichtet. Da die Vorsprünge 9a oder die ferromagnetischen Abschnitte 9a integral an dem den Motor beherbergenden Joch 9 ausgebildet sind, wird die Anzahl von Teilen verringert. Somit werden die Kosten des Motors 1 verringert.
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können wie folgt abgewandelt werden.
Einer der Magnete 2, 3 kann einen magnetischen Flussveränderungsabschnitt umfassen, welcher sich von dem Umkehrflussabschnitt 2a (3a) oder dem Abschnitt 2a' (3a') mit schwachem Fluss unterscheidet. Beispielsweise kann ein Element, welches eine größere magnetische Permeabilität als der Magnet 2 (3) aufweist, wie Weichstahl, in der Mitte des Magneten 2 (3) entlang der Umfangsrichtung angeordnet sein. In diesem Fall ist der magnetische Fluss der Position, welche dem Weichstahlelement entspricht, schwächer als der magnetische Fluss der Position, welche dem Magneten 2 (3) entspricht. Alternativ kann ein dünner Abschnitt in der Mitte eines der Magneten 2, 3 entlang der Umfangsrichtung vorgesehen sein. In diesem Falle dient der dünne Abschnitt als Abschnitt mit schwachem Fluss.
Weiterhin kann eine Vertiefung oder eine Bohrung in der Mitte eines der Magneten 2, 3 entlang der Umfangsrichtung vorgesehen sein, oder einer der Magneten 2, 3 kann in zwei Teile aufgeteilt werden, und ein Zwischenraum kann dazwischen vorgesehen sein. In diesem Fall ist der magnetische Fluss der Position, welche der Vertiefung, der Bohrung oder dem Zwischenraum entspricht, geringer als derjenige der Position, welche dem Magneten 2 (3) entspricht.
Bei dem in 1 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel kann der Winkel δ zwischen der dritten Bürste 8 und der ersten Bürste 6 ein stumpfer Winkel sein. In diesem Fall wird die Position des Umkehrflussabschnittes 2a entsprechend der Position der dritten Bürste 8 verändert. Zudem kann bei dem in 1 bis 5 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel die dritte Bürste 8 von der ersten Bürste 6 um einen vorgegebenen Winkel δ (ein stumpfer oder spitzer Winkel) in die entgegengesetzte Richtung bezüglich der Drehrichtung X des Ankers 4 beabstandet sein. In diesem Fall ist der Umkehrflussabschnitt an dem Magneten 3 vorgesehen. Die Position der dritten Bürste 8 kann ebenso in anderen Ausführungsbeispiel als dem in 1 bis 5 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel verändert sein.
Die umfangsmäßige Ausdehnung des Magneten 2 (3) kann auf jegliche andere Länge als diejenigen der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele verändert werden.
Bei den in 21 bis 25 dargestellten Ausführungsbeispielen kann der ferromagnetische Abschnitt durch ein Material mit großer magnetischer Permeabilität, welches von dem Weichstahl verschieden ist, gebildet sein. Weiterhin kann der Querschnitt des ferromagnetischen Abschnitts sich von demjenigen des Magneten 2 (3) unterscheiden.
Eine Anzahl an dritten Bürsten 8 kann vorgesehen sein.
Die Anzahl von Zähnen 10a kann von zwölf verschieden sein. Die Anzahl an Zähnen 10a, um welche eine Spule 11 gewickelt ist, kann von fünf verschieden sein.
Die vorliegende Erfindung kann in einem Gleichstrommotor benutzt werden, welcher kein Scheibenwischermotor ist.
Daher müssen die vorliegenden Beispiele und Ausführungsbeispiele als veranschaulichend und nicht einschränkend betrachtet werden, und die Erfindung ist nicht auf die hier angegeben Details zu beschränken, sondern kann innerhalb des Bereichs der folgenden Ansprüche modifiziert werden.

Claims

Gleichstrommotor umfassend: einen Anker (4), welcher einen Kern (10) und eine Vielzahl von Spulen (11) umfasst, wobei der Kern (10) eine Vielzahl von Zähnen (10a) aufweist, welche um einen vorgegebenen Winkelabstand voneinander beabstandet sind, wobei die Zähne (10a) eine Vielzahl von Zahngruppen bilden, von welchen jede eine vorgegebene Anzahl von Zähnen (10a) umfasst, wobei derjenige Zahn (10a), welcher in einer Drehrichtung (X) des Ankers (4) an dem vordersten Ende jeder Zahngruppe ist, der zuvorderste Zahn ist, und wobei jede Spule (11) um eine der Zahngruppen gewickelt ist, einen Kommutator, welcher sich zusammen mit dem Anker (4) dreht, wobei der Kommutator (5) eine Vielzahl von Segmenten (12) umfasst und jede Spule (11) mit einem benachbarten Paar der Segmente (12) verbunden ist, eine erste Bürste (6), eine zweite Bürste (7) und eine dritte Bürste (8), welche in vorgegebenen Winkelintervallen um die Drehachse des Ankers (4) herum angeordnet sind, wobei die Bürsten (6, 7, 8) jedes Segment (12) kontaktieren können, um die Spulen (11) über die Segmente (12) mit Strom zu versorgen, wobei der Anker (4) mit einer geringen Geschwindigkeit gedreht wird, wenn Strom durch die erste Bürste (6) und die zweite Bürste (7) den Spulen (11) zugeführt wird und wobei der Anker (4) mit einer hohen Geschwindigkeit gedreht wird, wenn den Spulen (11) durch die zweite Bürste (7) und die dritte Bürste (8) Strom zugeführt wird, und ein Paar von Magneten (2, 3), welche einander mit dem Anker (4) zwischen ihnen zugewandt sind, wobei der Gleichstrommotor dadurch gekennzeichnet, ist, dass einer der Magneten (2, 3) einen magnetischen Flussveränderungsabschnitt an einem Umfangsabschnitt des Magneten aufweist, welcher derart angeordnet ist, dass, wenn die dritte Bürste (8) beginnt, einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente (12) während der Drehung des Ankers (4) in der Richtung aufzubauen, die zuvorderste Kante des zuvordersten Zahns in der Zahngruppe, um welche die Spule (11), welche mit dem Paar von kurzgeschlossenen Segmenten (12) verbunden ist, gewickelt ist, damit beginnt, den magnetischen Flussveränderungsabschnitt umfangsmäßig zu überlappen, und wobei die Umfangsabmessung des magnetischen Flussänderungsabschnitts dem Winkel entspricht, um welchen sich der Anker (4) dreht, während die dritte Bürste (8) einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente (12) hervorruft, wobei der magnetische Flussänderungsabschnitt ein Umkehrflussabschnitt, welcher einen magnetischen Fluss in die Richtung erzeugt, welche gegenüberliegend der Richtung des von dem anderen Teil des Magneten (2, 3) erzeugten magnetischen Flusses liegt, oder ein Abschnitt mit schwachem Fluss, welcher eine niedrigere magnetische Flussdichte erzeugt als die magnetische Flussdichte, welche in dem anderen Teil des Magneten (2, 3) erzeugt wird, ist.
Gleichstrommotor umfassend: einen Anker (4), welcher einen Kern (10) und eine Vielzahl von Spulen (11) umfasst, wobei der Kern (10) eine Vielzahl von Zähnen (10a) aufweist, welche um einen vorgegebenen Winkelabstand voneinander beabstandet sind, wobei die Zähne (10a) eine Vielzahl von Zahngruppen bilden, von welchen jede eine vorgegebene Anzahl von Zähnen (10a) umfasst, wobei derjenige Zahn (10a), welcher in einer Drehrichtung (X) des Ankers (4) an dem hintersten Ende jeder Zahngruppe ist, der hinterste Zahn ist, und wobei jede Spule (11) um eine der Zahngruppen gewickelt ist, einen Kommutator, welcher sich zusammen mit dem Anker (4) dreht, wobei der Kommutator (5) eine Vielzahl von Segmenten (12) umfasst und jede Spule (11) mit einem benachbarten Paar der Segmente (12) verbunden ist, eine erste Bürste (6), eine zweite Bürste (7) und eine dritte Bürste (8), welche in vorgegebenen Winkelintervallen um die Drehachse des Ankers (4) herum angeordnet sind, wobei die Bürsten (6, 7, 8) jedes Segment (12) kontaktieren können, um die Spulen (11) über die Segmente (12) mit Strom zu versorgen, wobei der Anker (4) mit einer geringen Geschwindigkeit gedreht wird, wenn Strom durch die erste Bürste (6) und die zweite Bürste (7) den Spulen (11) zugeführt wird und wobei der Anker (4) mit einer hohen Geschwindigkeit gedreht wird, wenn den Spulen (11) durch die zweite Bürste (7) und die dritte Bürste (8) Strom zugeführt wird, und ein Paar von Magneten (2, 3), welche einander mit dem Anker (4) zwischen ihnen zugewandt sind, wobei der Gleichstrommotor dadurch gekennzeichnet, ist, dass einer der Magneten (2, 3) einen magnetischen Flussveränderungsabschnitt an einem Umfangsabschnitt des Magneten aufweist, welcher derart angeordnet ist, dass, wenn die dritte Bürste (8) beginnt, einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente (12) während der Drehung des Ankers (4) in der Richtung aufzubauen, die hinterste Kante des hintersten Zahns in der Zahngruppe, um welche die Spule (11), welche mit dem Paar von kurzgeschlossenen Segmenten (12) verbunden ist, gewickelt ist, damit beginnt, den magnetischen Flussveränderungsabschnitt umfangsmäßig zu überlappen, und wobei die Umfangsabmessung des magnetischen Flussänderungsabschnitts dem Winkel entspricht, um welchen sich der Anker (4) dreht, während die dritte Bürste (8) einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar der Segmente (12) hervorruft, wobei der magnetische Flussänderungsabschnitt ein Umkehrflussabschnitt, welcher einen magnetischen Fluss in die Richtung erzeugt, welche gegenüberliegend der Richtung des von dem anderen Teil des Magneten (2, 3) erzeugten magnetischen Flusses liegt, oder ein Abschnitt mit schwachem Fluss, welcher eine niedrigere magnetische Flussdichte erzeugt als die magnetische Flussdichte, welche in dem anderen Teil des Magneten (2, 3) erzeugt wird, ist.
Gleichstrommotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umkehrflussabschnitt den größten magnetischen Fluss in dem mittleren Teil in Umfangsrichtung erzeugt.
Gleichstrommotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt mit schwachem Fluss den geringsten magnetischen Fluss bei dem mittleren Teil in Umfangsrichtung erzeugt.
Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Magnet (2, 3) einen Hauptabschnitt (2b, 3b) und einen sich von dem Hauptabschnitt (2b, 3b) erstreckenden Verlängerungsabschnitt (2c, 3c) umfasst, wobei einer der Hauptabschnitte (2b, 3b) den magnetischen Flussänderungsabschnitt umfasst, wobei der Verlängerungsabschnitt (2c, 3c) einen Abschnitt zur allmählichen Veränderung des magnetischen Flusses (2d, 3d) umfasst, wobei der magnetische Fluss bei dem Abschnitt zur allmählichen Veränderung des magnetischen Flusses in Richtung der Drehung (X) des Ankers (4) allmählich größer wird
Gleichstrommotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein ferromagnetischer Abschnitt, welcher aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität gebildet ist, derart angeordnet ist, dass er die hintere Kante jedes Magnets (2, 3) bezogen auf die Drehrichtung (X) des Ankers (4) kontaktiert.
Gleichstrommotor nach Anspruch 6, weiterhin gekennzeichnet durch ein den Motor beherbergendes Joch (9), welches den Anker (4) aufnimmt, wobei der ferromagnetische Abschnitt gebildet wird, indem das den Motor beherbergende Joch (9) radial nach innen deformiert wird.
Herstellungsverfahren des Gleichstrommotors nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch: einen ersten Polarisationsprozess, wobei die Magnete (2, 3) einem Teil eines magnetischen Feldes ausgesetzt werden, welcher eine im Wesentlichen gleichförmige Richtung und eine im Wesentlichen gleichförmige Kraft aufweist, so dass die Magnete (2, 3) einen magnetischen Fluss mit einer im Wesentlichen gleichförmigen Richtung und eine im Wesentlichen gleichförmige Kraft aufweisen, und einen zweiten Polarisationsprozess, wobei ein Teil eines der Magnete (2, 3) einem Teil eines magnetischen Feldes ausgesetzt wird, welcher ein im Wesentlichen entgegengesetzte Richtung zu dem in dem ersten Polarisationsprozess erzeugten magnetischen Feld aufweist, wodurch der magnetische Flussänderungsabschnitt an dem Umfangsabschnitt des Magneten gebildet wird, wobei der in dem magnetischen Flussänderungsabschnitt erzeugte magnetische Fluss die in der Spule (11) aufgrund eines Kurzschlusses, welcher zwischen einem benachbarten Paar von Segmenten (12) durch die dritte Bürste (8) während der Drehung des Ankers (4) bei niedriger Geschwindigkeit hervorgerufen wird, hervorgerufene elektromagnetische Kraft unterdrückt.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Polarisationsprozess umfasst, nur eine vorgegebene Umfangsabmessung eines der Magneten (2, 3) dem magnetischen Feld auszusetzen, wobei die Umfangsabmessung demjenigen Winkel entspricht, um welchen sich der Anker (4) dreht, während die dritte Bürste (8) einen Kurzschluss zwischen einem benachbarten Paar von Segmenten (12) hervorruft.