DE60131345T2

DE60131345T2 - Kommutatormotor

Info

Publication number: DE60131345T2
Application number: DE60131345T
Authority: DE
Inventors: T. Kadoma-shi NATSUHARA; Tomio Kadoma-shi Yamada
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2021-03-14
Also published as: WO2001069763A1; US6737779B2; EP1193843A1; US20030057788A1; EP1193843B1; JP2001258230A; DE60131345D1; JP3763243B2; EP1193843A4

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kommutatormotor, der sich für Staubsauger, elektrische Handwerkzeuge und so weiter eignet, und insbesondere einen Kommutatormotor, der entweder mittels Wechselstrom- oder mittels Gleichstromquellen betrieben werden kann und der auf hervorragende Weise verhindert, daß Wicklungen bei Überlast durchbrennen.
Allgemeiner Stand der Technik
In den vergangenen Jahren ist die Nachfrage nach Kommutatormotoren gestiegen, die in Elektrogeräten wie zum Beispiel Staubsaugern, elektrischen Handwerkzeugen und so weiter verwendet werden und die entweder mittels einer kommerziellen Wechselstromquelle oder mittels einer Gleichstromquelle, wie zum Beispiel einer Batterie, betrieben werden können.
Zum Beispiel offenbart die frühe japanische Patent-Veröffentlichung [KOKAI] Nr. 6-335214 einen Kommutatormotor mit einer Zweischichtstruktur aus Spulenwicklungen für Nieder- und Hochspannungen, die in Eisenkernschlitzen eines Rotors gewickelt sind. Wenn der Kommutatormotor aus einer wiederaufladbaren 12 V-Batterie gespeist wird, so stellt ein Schalter eine Verbindung zwischen der Batterie und einer Bürste für Niederspannung her, so daß elektrischer Strom in folgender Reihenfolge fließen kann: Batterie, Bürste für Niederspannung, Kommutator für Niederspannung, Spulenwicklungen für Niederspannung, Kommutator für Niederspannung, Bürste für Niederspannung, Batterie. Somit kann der Kommutatormotor mit Hilfe der Niederspannung betrieben werden.
Wenn der Kommutatormotor hingegen aus einer 100 V-Wechselstromquelle gespeist wird, so stellt der Schalter eine Verbindung zwischen einer Bürste für Hochspannung und der 100 V-Stromquelle her, so daß elektrischer Strom in folgender Reihenfolge fließen kann: 100 V-Stromquelle, Vollwellengleichrichtung, Bürste für Hochspannung, Kommutator für Hochspannung, Spulenwicklungen für Hochspannung, Kommutator für Hochspannung, Bürste für Hochspannung, Vollwellengleichrichtung, 100 V-Stromquelle. Damit kann der Kommutatormotor auch mittels der Hochspannung betrieben werden.
Nebenbei bemerkt, sind in dem oben angesprochenen Kommutatormotor die Spulenwicklungen für Hochspannung, die in Verbindung mit der 100 V-Wechselstromquelle verwendet werden, an der Unterseite der Eisenkernschlitze angeordnet, und die Spulenwicklungen für Niederspannung, die in Verbindung mit der Batterie verwendet werden, sind an der Oberseite der Eisenkernschlitze, d. h. auf der Außenseite der Spulenwicklungen für Hochspannung, angeordnet. Infolge dieses Aufbaus ist, wenn der Kommutatormotor mittels der 100 V-Wechselstromquelle betrieben wird, die Kühlwirkung an den Spulenwicklungen für Hochspannung, die an der Unterseite der Eisenkernschlitze angeordnet sind, schlecht. Folglich kommt es schnell zu einem Temperaturanstieg der Spulenwicklungen, und es wird befürchtet, daß die Wicklungsdrähte bei Überlast durchbrennen.
Aus der US 3,525,912 ist eine wählbare Stromquelle für ein motorgetriebenes Gerät bekannt, wobei das Gerät auf zwei deutlich voneinander verschiedenen Spannungspegeln, zum Beispiel Batterie und Netzstrom, betrieben werden kann. Die DE 37 23 369 C1 offenbart ferner eine Gleichstrommaschine mit einem Anker mit zwei Ankerwicklungen, die die gleiche Anzahl von Windungen und unterschiedliche Querschnitte der Wicklungsdrähte aufweisen.
Ausgehend von dem oben angesprochenen Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kommutatormotor bereitzustellen, der über eine Wechselstrom- oder eine Gleichstromquelle betrieben werden kann, der eine gleiche Motorkennlinie sowohl bei Verwendung der Wechselstromquelle als auch bei Verwendung der Gleichstromquelle aufweist und der in hervorragender Weise verhindert, daß die Wicklungen bei Überlast durchbrennen, und des Weiteren insbesondere die Fähigkeit besitzt, einen Motor mit geringen Abmessungen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch einen Kommutatormotor nach Anspruch 1 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 4 entsprechen besonders vorteilhaften Realisierungen des erfindungsgemäßen Kommutatormotors nach Anspruch 1.
Das bedeutet, der Kommutatormotor umfaßt einen Eisenkern mit mehreren Schlitzen, die zum Aufwickeln von Windungen verwendet werden, eine Drehwelle, die in eine Mitte des Eisenkerns eingesetzt ist, und ein Paar aus einem ersten und einem zweiten Kommutator, die an entgegengesetzten Enden des Eisenkerns auf der Drehwelle angebracht sind. Ein erster Wicklungsdraht ist mit dem ersten Kommutator verbunden und auf untere Enden der Schlitze des Eisenkerns gewickelt, um eine innere Wicklung zu bilden. Ein zweiter Wicklungsdraht ist mit dem zweiten Kommutator verbunden und auf die innere Wicklung in den Schlitzen des Eisenkerns gewickelt, um eine äußere Wicklung zu bilden. Des Weiteren ist der Kommutatormotor mit einem ersten Anschluß versehen, der mit einer ersten Stromquelle verbunden werden kann, um elektrischen Strom der ersten Stromquelle über den ersten Kommutator zu dem ersten Wicklungsdraht zu leiten; und ist mit einem zweiten Anschluß versehen, der mit einer zweiten Stromquelle verbunden werden kann, um elektrischen Strom der zweiten Stromquelle über den zweiten Kommutator zu dem zweiten Wicklungsdraht zu leiten. In der vorliegenden Erfindung ist der Kommutatormotor dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des zweiten Wicklungsdrahts kleiner ist als der Durchmesser des ersten Wicklungsdrahtes.
Da die äußere Wicklung, die mit Hilfe des zweiten Wicklungsdrahtes gebildet wird, der den kleinen Durchmesser aufweist, auf der Umfangsseite des Eisenkerns angeordnet ist, ist es möglich, den zweiten Wicklungsdraht effizient zu kühlen, um zu verhindern, daß der zweite Wicklungsdraht bei Überlast durchbrennt. Insbesondere wenn eine Kühleinheit, wie zum Beispiel Kühlgebläse, zum Kühlen des zweiten Wicklungsdrahtes um die äußere Wicklung herum angeordnet wird, kann die Kühlwirkung für den zweiten Wicklungsdraht erhöht werden, um eine weitere Verbesserung der Sicherheit zu ermöglichen. Somit ist es in der vorliegenden Erfindung möglich, den Kommutatormotor mit einem hohen Grad an Betriebssicherheit auszustatten, indem verhindert wird, daß der zweite Wicklungsdraht durchbrennt.
In dem Kommutatormotor der vorliegenden Erfindung ist eine Wicklungsanfangsposition des zweiten Wicklungsdrahtes der äußeren Wicklung um 90 Grad um den Eisenkern bezüglich einer Wicklungsendposition des ersten Wicklungsdrahtes der inneren Wicklung versetzt. In diesem Fall ist es effektiv, das Vorhandensein eines Leerraumes zwischen der ersten und der zweiten Wicklung zu minimieren, der dadurch entsteht, daß die Wicklungsdrähte verschiedene Durchmesser haben, und den Kommutatormotor zu verkleinern.
Des Weiteren ist es in dem oben beschriebenen Kommutatormotor bevorzugt, daß der erste Anschluß zur Verwendung in einer Gleichstromquelle zum Zuführen eines stärkeren Strom geeignet ist, die als die erste Stromquelle fungiert, und der zweite Anschluß zur Verwendung in einer Wechselstromquelle zum Zuführen eines schwächeren Stromes geeignet ist, der als die zweite Stromquelle fungiert, und daß die innere und die äußere Wicklung so gebildet sind, daß eine Motorausgangsleistung, die durch Verwendung der ersten Stromquelle abgegeben wird, im Wesentlichen äquivalent zu der Motorausgangsleistung ist, die durch Verwendung der zweiten Stromquelle abgegeben wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden klar anhand der im Folgenden beschriebenen besten Art der Durchführung der Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verstanden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Kommutatormotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2A bis 2F sind schematische Draufsichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer inneren Wicklung des Kommutatormotors veranschaulichen.
3A bis 3C sind schematische Draufsichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer äußeren Wicklung des Kommutatormotors veranschaulichen.
4 ist eine Querschnittsansicht eines Doppelwicklungsaufbaus des Kommutatormotors der vorliegenden Erfindung.
5A bis 5C sind eine ersten Endansicht, eine Seitenansicht bzw. eine zweite Endansicht des Kommutatormotors der vorliegenden Erfindung.
Beste Ausführungsform der Erfindung
Wenden wir uns den beiliegenden Zeichnungen zu, wo ein Kommutatormotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingehend erklärt ist.
Wie in 1 gezeigt, ist eine Drehwelle 2 des Kommutatormotors der vorliegenden Erfindung in einem Motorgehäuse 1 untergebracht und in einen Eisenkern 10 eingesetzt, der eine Komponente eines Rotors ist. Kommutatoren 3a, 3b sind auf der Drehwelle 2 an entgegengesetzten Enden des Eisenkerns 10 angebracht. Ein Wicklungsdraht 5b ist an seinem einen Ende mit dem Kommutator 3b verbunden und in Schlitzen 12 des Eisenkerns 10 gewickelt, um eine innere Wicklung 70 zu bilden. Außerdem ist ein Wicklungsdraht 5a an seinem einen Ende mit dem Kommutator 3a verbunden und auf die innere Wicklung 70 in den Schlitzen 12 des Eisenkerns 10 gewickelt, um eine äußere Wicklung 80 zu bilden.
Das Motorgehäuse 1 besteht aus einem Gehäusekörper 1a und Lagerstufen 1b, 1c. Ein Feldmagnet 9 ist an einer Innenfläche des Gehäusekörpers 1a angeordnet. Die Lagerstufen 1b, 1c weisen einen Lagerhalter 8a bzw. 8b auf. Der Rotor mit dem Eisenkern 10 und der Drehwelle 2 ist drehbar in Lager 6a, 6b an den Lagerhaltern 8a, 8b des Motorgehäuses 1 gelagert. Es gibt einen erforderlichen Spielraum zwischen dem Feldmagneten 9, der an der Innenseite des Motorgehäuses 1 angeordnet ist, und dem Eisenkern 10. Der Feldmagnet 9 kann an dem Motorgehäuse 1 mittels eines Klebstoffs angebracht sein.
Eine Bürste (40a, 40b), wie zum Beispiel eine Kohlebürste, ist an der Außenfläche eines jeden der Kommutatoren 3a, 3b angeordnet. Eine Zufuhr von elektrischem Strom von außerhalb erfolgt, indem man die Bürste den entsprechenden Kommutator berühren läßt. Das Motorgehäuse 1 weist Bürstenhalter 11a, 11b auf, in denen jede der Bürsten 40a, 40b gleitend aufgenommen ist. Außerdem ist eine Feder 20 in jedem der Bürstenhalter 11a, 11b so angeordnet, daß eine Federvorspannung in einer Richtung erzeugt wird, in der die Bürste (40a, 40b) gegen den Kommutator (3a, 3b) gedrückt wird.
In 1 bezeichnen die Bezugszahlen 30b bzw. 30a einen ersten und einen zweiten Anschluß, die in den Bürstenhaltern 11a, 11b aufgenommen sind und von denen ein jeder an seinem einen Ende zur Außenseite des Motorgehäuses 1 hin frei liegt und am anderen Ende die Feder 20 berührt. Zum Beispiel wird der zweite Anschluß 30a verwendet, wenn der Kommutatormotor durch Zuführen eines vollwellengleichgerichteten elektrischen Gleichstroms von einer Wechselstromquelle (Wechselstrom 100 V), wie zum Beispiel einer kommerziellen Stromquelle, über den Kommutator 3a betrieben wird. Andererseits wird der erste Anschluß 30b verwendet, wenn der Kommutatormotor durch Zuführen eines elektrischen Stroms von einer Gleichstromquelle (Gleichstrom von ungefähr 12 V), wie zum Beispiel einer Batterie, über den Kommutator 3b betrieben wird. Die Bezugszahl 14 bezeichnet ein Kühlgebläse zum Kühlen der äußeren Wicklung 80, das arbeitet, wenn sich der Eisenkern 10 dreht.
Wie in den 2A bis 2F gezeigt, erhält man die innere Wicklung 70 des Kommutatormotors der vorliegenden Ausführungsform durch Wickeln des Wicklungsdrahtes 5b in den Schlitzen 12 des Eisenkerns 10. Das heißt, in dieser Ausführungsform hat der Eisenkern zwölf Zähne 16, die alle 30 Grad in seiner Umfangsrichtung ausgebildet sind. Jeder der Schlitze 12 ist zwischen benachbarten Zähnen 16 ausgebildet. Um das Verständnis zu erleichtern, wird der Zahn 16, der in der 12-Uhr-Position gezeigt ist, als ein erster Zahn bezeichnet, und die übrigen Zähne werden als ein zweiter Zahn, ein dritter Zahn ... und ein zwölfter Zahn, entgegen dem Uhrzeigersinn, bezeichnet. Andererseits wird, mit Bezug auf die Schlitze 12, der Schlitz, der zwischen dem ersten und dem zweiten Zahn definiert ist, als ein erster Schlitz bezeichnet, und die übrigen Schlitze werden als ein zweiter Schlitz, ein dritter Schlitz ... und ein zwölfter Schlitz, entgegen dem Uhrzeigersinn, bezeichnet.
Zuerst wird, wie in 2A gezeigt, der Wicklungsdraht 5b so gewickelt, daß er sich zwischen dem ersten Schlitz und dem sechsten Schlitz und zwischen dem siebenten Schlitz und dem zwölften Schlitz erstreckt. Dieser Wickelvorgang wird viermal wiederholt, um ein symmetrisches Wicklungspaar A auf dem Eisenkern 10 zu erhalten (2A). In diesem Wicklungspaar A beträgt die Gesamtzahl der Windungen des Wicklungsdrahtes 8 (4 Windungen zwischen den Schlitzen). Die Position des Wicklungspaares A entspricht einer Wicklungsanfangsposition des Wicklungsdrahtes 5b.
Als nächstes wird, wie in 2B gezeigt, der Wicklungsdraht 5b an einer Position, die um einen Schlitz 12 entgegen dem Uhrzeigersinn versetzt ist, entsprechend einer ähnlichen Wickelweise wie oben gewickelt, um ein symmetrisches Wicklungspaar B auf dem Wicklungspaar A zu erhalten. In diesem Wicklungspaar B ist die Gesamtzahl der Windungen des Wicklungsdrahtes 8 (4 Windungen zwischen den Schlitzen). Oder anders ausgedrückt: Der Wicklungsdraht 5b wird so gewickelt, daß er sich zwischen dem zweiten Schlitz und dem siebenten Schlitz und zwischen dem achten Schlitz und dem ersten Schlitz erstreckt. Dieser Wickelvorgang wird viermal wiederholt, um das symmetrische Wicklungspaar B zu erhalten.
Durch Wiederholen des ähnlichen Wickelvorgangs entstehen, wie in den 2C bis 2F gezeigt, symmetrische Wicklungspaare A, B, C, D, E, F auf dem Eisenkern 10. In jedem der Wicklungspaare ist die Gesamtzahl der Windungen des Wicklungsdrahtes 8 (4 Windungen zwischen den Schlitzen). Diese Wicklungspaare sind voneinander um 30 Grad in der Umfangsrichtung verschoben und überlappen einander an der Stirnfläche des Eisenkerns 10. Auf diese Weise entsteht die innere Wicklung 70. In diesem Fall entspricht die Position des Wicklungspaares F einer Wicklungsendposition des Wicklungsdrahtes 5b.
Der Durchmesser des Wicklungsdrahtes 5b, der in dieser Ausführungsform verwendet wird, beträgt 0,9 mm. Da die Gesamtzahl der Windungen des Wicklungsdrahtes in jedem der Wicklungspaare A bis F 8 ist, beträgt die Gesamtzahl der Windungen des Wicklungsdrahtes 5b in der innere Wicklung 70 48 (= 8 × 6 (Paare)). Diese innere Wicklung 70 ist für den Fall ausgelegt, daß der Kommutatormotor durch eine Gleichstromquelle von 24,5 A betrieben wird.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Wickeln des Wicklungsdrahtes 5a zum Bilden der äußeren Wicklung 80 erläutert. Wie in den 3A bis 3C gezeigt, kann die äußere Wicklung 80 des Kommutatormotors dieser Ausführungsform durch Wickeln des Wicklungsdrahtes 5a in den Schlitzen 12 des Eisenkerns 10 gebildet werden. Um das Verstehen des Verfahrens zum Wickeln des Wicklungsdrahtes 5a zu erleichtern, sind die Wicklungspaare A bis F der inneren Wicklung 70 kurz in den 3A bis 3C gezeigt.
Eine Wicklungsanfangsposition des Wicklungsdrahtes 5a ist eine Position, die in der Umfangsrichtung um 90 Grad von der Wicklungsendposition des Wicklungsdrahtes 5b, d. h. der Position des Wicklungspaares F, verschoben ist. Das heißt, der Wicklungsdraht 5a wird, wie in 3B gezeigt, so gewickelt, daß er sich zwischen dem zweiten Schlitz und dem neunten Schlitz und zwischen dem dritten Schlitz und dem achten Schlitz. Dieser Wickelvorgang wird 36 Mal wiederholt, so daß ein symmetrisches Wicklungspaar A' auf dem Eisenkern 10 an einer Umfangsrandregion der inneren Wicklung 70 entsteht. In dem Wicklungspaar A' beträgt die Gesamtzahl der Windungen des Wicklungsdrahtes 72 (36 Windungen zwischen den Schlitzen).
Als nächstes wird der Wicklungsdraht 5a an einer Position, die um einen einzelnen Schlitz 12 entgegen dem Uhrzeigersinn verschoben ist, entsprechend einer ähnlichen Wickelweise wie im Fall des Wicklungspaares A' gewickelt. Das heißt, der Wicklungsdraht 5a wird so gewickelt, daß er sich zwischen dem dritten Schlitz und dem zehnten Schlitz und zwischen dem vierten Schlitz und dem neunten Schlitz erstreckt. Dieser Wickelvorgang wird 36 Mal wiederholt, so daß ein symmetrisches Wicklungspaar B' auf dem Wicklungspaar A' entsteht. In dem Wicklungspaar B' beträgt die Gesamtzahl der Windungen des Wicklungsdrahtes 72 (36 Windungen zwischen den Schlitzen).
Durch sechsmaliges Wiederholen dieses Wickelvorgangs entstehen, wie in dem Verfahren zum Herstellen der inneren Wicklung 70, das unter Bezug auf die 2A bis 2F erläutert wurde, symmetrische Wicklungspaare A', B', C', D', E', F' des Wicklungsdrahtes 5a, um die äußere Wicklung 80 zu erhalten, wie in 3C gezeigt. Diese Wicklungspaare sind voneinander um 30 Grad in der Umfangsrichtung verschoben und überlappen einander auf der Stirnfläche des Eisenkerns 10. In diesem Fall entspricht die Position des Wicklungspaares F' einer Wicklungsendposition des Wicklungsdrahtes 5a. Die Querschnittsstruktur der entstandenen inneren und äußeren Wicklung 70, 80 ist in 4 gezeigt. In den Schlitzen 12 des Eisenkerns 10 ist die innere Wicklung 70, die durch den dicken Wicklungsdraht 5b gebildet wird, in der mittleren Region angeordnet, und die äußere Wicklung 80, die durch den dünnen Wicklungsdraht 5a gebildet wird, ist in der Umfangsregion angeordnet.
Der Durchmesser des Wicklungsdrahtes 5a, der in dieser Ausführungsform verwendet wird, beträgt 0,28 mm. Da die Gesamtzahl der Windungen des Wicklungsdrahtes 5a in jedem der Wicklungspaare A' bis F' 72 beträgt, ist die Gesamtzahl der Windungen des Wicklungsdrahtes 5a in der äußeren Wicklung 80 gleich 432 (= 72 × 6 (Paare)). Diese äußere Wicklung 80 ist für den Fall ausgelegt, daß der Kommutatormotor durch eine Wechselstromquelle von 3,3 A mit Vollwellengleichrichtung betrieben wird.
Wenn die innere und die äußere Wicklung wie oben beschrieben hergestellt werden, so ist es möglich, sowohl im Fall des Verwendens der Gleichstromquelle von 24,5 A als auch im Fall des Verwendens der Wechselstromquelle von 3,3 A eine gleiche Motorkennlinie zu erhalten.
Wenn in dem Kommutatormotor der vorliegenden Erfindung elektrischer Strom von der Gleichstromquelle, wie zum Beispiel einer Batterie, zu dem dicken Wicklungsdraht (Windungszahl: klein) 5b der inneren Wicklung 70 geleitet wird, so fließt elektrischer Strom in folgender Reihenfolge: erster Anschluß 30b → Feder 20 → Bürste 40b → Kommutator 3b → Wicklungsdraht 5b. Wenn hingegen elektrischer Strom von der kommerziellen Wechselstromquelle zu dem dünnen Wicklungsdraht (Windungszahl: hoch) 5a der äußeren Wicklung 80 geleitet wird, so fließt elektrischer Strom in folgender Reihenfolge: zweiter Anschluß 30a → Feder 20 → Bürste 40a → Kommutator 3a → Wicklungsdraht 5a. Somit ist ein Stromkreis zum Zuführen des elektrischen Stroms zu dem Wicklungsdraht 5a unabhängig von dem Stromkreis zum Zuführen des elektrischen Stroms zu dem Wicklungsdraht 5b.
Da außerdem die Wicklungsanfangsposition des Wicklungsdrahtes 5a eine Position ist, die um 90 Grad um den Eisenkern bezüglich der Wicklungsendposition des Wicklungsdrahtes 5b verschoben ist, ist es möglich, sowohl die Wicklungshöhe H als auch den Windungsdurchmesser ΦD zu verkleinern, wie in den 5A bis 5C gezeigt. Es ist besonders effektiv, wenn der Motor verkleinert werden muß. Das heißt, gemäß dem oben angesprochenen Wickelverfahren ist es möglich, das Vorhandensein von Leerraum zwischen der inneren Wicklung 70 und der äußeren Wicklung 80 zu minimieren und die Wicklungshöhe H und den Windungsdurchmesser ΦD zu verringern.
Des Weiteren besteht beim Verkleinern des Kommutatormotors der Vorteil, daß eine Situation vermieden wird, wo ein Teil des Wicklungsdrahtes versehentlich den Kommutator berührt. Wenn es also erforderlich ist, die Motorleistung konstant zu halten, so kann die vorliegende Erfindung einen verkleinerten Kommutatormotor bereitstellen. Wenn es andererseits erforderlich ist, die Motorgröße konstant zu halten, so kann die vorliegende Erfindung einen Kommutatormotor mit einer verbesserten Motorleistung bereitstellen.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mißt der Durchmesser des Wicklungsdrahtes 5b 0,8 mm. In jedem der Wicklungspaare einer inneren Wicklung beträgt die Gesamtzahl der Windungen des Wicklungsdrahtes 8 (4 Windungen zwischen den Schlitzen). Die Gesamtzahl der Windungen des Wicklungsdrahtes 5b in der inneren Wicklung beträgt 48 (= 8 × 6 (Paare)). In diesem Fall ist die innere Wicklung dafür ausgelegt, daß Kommutatormotor durch eine Gleichstromquelle von 30,5 A betrieben wird.
Andererseits beträgt der Durchmesser des Wicklungsdrahtes 5a 0,28 mm. In jedem der Wicklungspaare einer äußeren Wicklung beträgt die Gesamtzahl der Windungen des Wicklungsdrahtes 84 (42 Windungen zwischen den Schlitzen). Die Gesamtzahl der Windungen des Wicklungsdrahtes 5a in der äußeren Wicklung beträgt 504 (= 84 × 6 (Paare)). In diesem Fall ist die äußere Wicklung dafür ausgelegt, daß der Kommutatormotor durch eine Wechselstromquelle von 3,8 A mit Vollwellengleichrichtung betrieben wird. Wenn die innere und die äußere Wicklung in der oben beschriebenen Weise hergestellt werden, so ist es möglich, sowohl bei Verwendung der Gleichstromquelle von 30,5 A als auch bei Verwendung der Wechselstromquelle von 3,8 A eine gleiche Motorkennlinie zu erhalten.
In der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, wird ein Wicklungsdraht, der einen kleineren Durchmesser als der Wicklungsdraht 5b hat, als der Wicklungsdraht 5a verwendet. Außerdem ist die Windungszahl des Wicklungsdrahtes 5a auf dem Eisenkern größer als die des Wicklungsdrahtes 5b. Der dünne Wicklungsdraht 5a erwärmt sich rasch, doch er kann wirksam durch das Kühlgebläse 14 gekühlt werden, weil der Wicklungsdraht 5a auf der Umfangsseite des Eisenkerns aufgewickelt ist. Infolge dessen ist es möglich, einen Temperaturanstieg in dem Wicklungsdraht 5a zu vermeiden und zu verhindern, daß der Wicklungsdraht durchbrennt. Da die Wärmemenge, die in dem dicken Wicklungsdraht 5b erzeugt wird, gering ist, entsteht kein Problem dadurch, daß der Wicklungsdraht 5b in der mittleren Region des Eisenkerns gewickelt wird.
Vor dem Hintergrund des Erzeugens einer gleichen Motorkennlinie sowohl bei Verwendung der Gleichstromquelle von 12 V oder 24 V als auch bei Verwendung der kommerziellen Wechselstromquelle von 100 V oder 240 V und des Verhinderns, daß der Wicklungsdraht 5a bei Überlast durchbrennt, ist es bevorzugt, daß das Querschnittsverhältnis des Wicklungsdrahtes 5a, 5b folgendes beträgt: Wicklungsdraht 5a: Wicklungsdraht 5b = 1:2 ~ 30. Darüber hinaus ist es besonders bevorzugt, daß das Durchmesserverhältnis des Wicklungsdrahtes 5a, 5b folgendes beträgt: Wicklungsdraht 5a: Wicklungsdraht 5b = 1:1,5 ~ 6.
Industrielle Anwendbarkeit
Der Kommutatormotor gemäß der vorliegenden Erfindung hat einen Doppelwicklungsaufbau, der über eine Wechselstrom- oder eine Gleichstromquelle betrieben werden kann. Da der Durchmesser des Wicklungsdrahtes der äußeren Wicklung des Doppelwicklungsaufbaus kleiner ist als der Durchmesser des Wicklungsdrahtes der inneren Wicklung, ist es möglich, den Wärmeabstrahlungseffekt zu verbessern. Wenn die äußere Wicklung von außen gekühlt wird, so wird die Kühlwirkung weiter verbessert. Außerdem besteht der Vorteil, daß verhindert wird, daß der Wicklungsdraht der äußeren Wicklung bei Überlast durchbrennt.
Da der Kommutatormotor der vorliegenden Erfindung eine höhere Sicherheit und Zuverlässigkeit elektrischer Geräte wie zum Beispiel von Staubsaugern, elektrischen Handwerkzeugen und so weiter bietet, wird seine Anwendung auch erwartet.

Claims

Kommutatormotor, welcher umfaßt: einen Eisenkern (10) mit mehreren Schlitzen (12), welche zum Aufwickeln von Windungen verwendet werden; eine Drehwelle (2), welche in einer Mitte des Eisenkerns eingesetzt ist; ein Paar eines ersten und zweiten Kommutators, welche an entgegengesetzten Enden des Eisenkerns (10) auf der Drehwelle (2) angebracht sind; einen ersten Wicklungsdraht (5b), welcher mit dem ersten Kommutator (3b) verbunden und auf untere Enden der Schlitze (12) des Eisenkerns zum Bilden einer inneren Wicklung (70) gewickelt ist; einen zweiten Wicklungsdraht (5a), welcher mit dem zweiten Kommutator (3a) verbunden und auf der inneren Wicklung (70) in den Schlitzen (12) des Eisenkerns (10) zum Bilden einer äußeren Wicklung (80) gewickelt ist; einen ersten Anschluß (30b), welcher mit einer ersten Stromquelle verbunden sein kann, um elektrischen Strom der ersten Stromquelle an den ersten Wicklungsdraht (5b) über den ersten Kommutator (3b) zu liefern; und einen zweiten Anschluß (30a), welcher mit einer zweiten Stromquelle verbunden sein kann, um elektrischen Strom der zweiten Stromquelle an den zweiten Wicklungsdraht (5a) über den zweiten Kommutator (3a) zu liefern; wobei ein Durchmesser des zweiten Drahtes (5a) kleiner als derjenige des ersten Wicklungsdrahtes (5b) ist; dadurch gekennzeichnet, daß eine Wicklungsanfangsposition des zweiten Wicklungsdrahtes (5a) der äußeren Wicklung (80) um 90° um den Eisenkern (10) bezüglich einer Wicklungsendposition des ersten Wicklungsdrahtes (5b) der inneren Wicklung (70) versetzt ist.
Kommutatormotor nach Anspruch 1, wobei der ersten Anschluß (30b) zur Verwendung in einer Gleichstromquelle zum Liefern eines stärkeren Stroms eingerichtet ist, welche als die erste Stromquelle fungiert, und wobei der zweite Anschluß (30a) zur Verwendung in einer Wechselstromquelle zum Liefern eines geringeren Stroms eingerichtet ist, welche als die zweite Stromquelle fungiert, und wobei die innere und äußere Wicklung derart ausgebildet sind, daß eine Motorausgangsleistung, welche durch Verwendung der ersten Stromquelle bereitgestellt wird, im wesentlichen äquivalent zu der Motorausgangsleistung ist, welche durch Verwendung der zweiten Stromquelle bereitgestellt wird.
Kommutatormotor nach Anspruch 1 oder 2, welcher eine Einrichtung zum Kühlen des zweiten Wicklungsdrahtes (5a) umfaßt, die an der Peripherie der äußeren Wicklung angeordnet ist.
Kommutatormotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welcher umfaßt: einen Eisenkern (10) mit einer Mitte und mehreren Zähnen (16), welche sich von der Mitte aus erstrecken, um eine Mehrzahl an Schlitzen zwischen benachbarten Zähnen (16) zu bilden, wobei jeder Schlitz (12) zum Aufwickeln von Windungen eingerichtet ist; eine Drehwelle (12), welche in der Mitte des Eisenkerns eingesetzt ist; ein Paar eines ersten und zweiten Kommutators, welche auf der Drehwelle (2) an entgegengesetzten Enden des Eisenkerns (10) angebracht sind; einen ersten Wicklungsdraht (5b), welcher mit dem ersten Kommutator verbunden und auf untere Enden der Schlitze (12) des Eisenkerns (10) zum Bilden einer inneren Wicklung (70) gewickelt ist, welche eine erste Aufwicklung aufweist, die ein erstes Wicklungspaar (A), wobei die Position des ersten Wicklungspaars (A) einer Wick lungsanfangsposition des Wicklungsdrahtes (5b) entspricht, und wenigstens ein zweites Wicklungspaar (B, C, D, E, F) umfaßt, wobei das erste Wicklungspaar (A) und jedes des wenigstens einen zweiten Wicklungspaares (B, C, D, E, F) zueinander um einen Schlitz (12) in der Umfangsrichtung versetzt sind; einen zweiten Wicklungsdraht (5a), welcher mit dem zweiten Kommutator (3a) verbunden und auf der inneren Wicklung (70) in den Schlitzen (12) des Eisenkerns (10) zum Bilden einer äußeren Wicklung (80) in einer Randzone der Schlitze (12) gewickelt ist, einen ersten Anschluß (30b), welcher mit einer ersten Stromquelle verbunden sein kann, um elektrischen Strom der ersten Stromquelle an die erste Wicklung (5b) über den ersten Kommutator (3b) zu liefern; und einen zweiten Anschluß (30a), welcher mit einer zweiten Stromquelle verbunden sein kann, um elektrischen Strom der zweiten Stromquelle an den zweiten Wicklungsdraht (5a) über den zweiten Kommutator (3a) zu liefern; wobei ein Durchmesser des zweiten Drahtes (5a) kleiner als derjenige des ersten Wicklungsdrahtes (5b) ist.