DE60223187T2

DE60223187T2 - Ebener Kohlesegmentkommutator

Info

Publication number: DE60223187T2
Application number: DE60223187T
Authority: DE
Inventors: Georg c/o Johnson Tai Po Strobl
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric SA
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2022-02-27
Also published as: ES2294080T3; JP2002315265A; GB0104915D0; CZ2002725A3; EP1237235B1; US6667565B2; ATE377276T1; BR0200523A; CN1373537A; JP4056261B2; EP1237235A2; MXPA02002083A; US20020117930A1; CN1263204C; PL352542A1; EP1237235A3; DE60223187D1

Description

GEGENSTAND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft einen ebenen Kohlesegmentkommutator zur Verwendung mit Bürsten, die in Axialrichtung gegen ebene Kontaktflächen des Kommutators drücken, im Gegensatz zu in Radialrichtung drückenden im Falle eines zylindrischen Kommutators.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es ist bekannt, zum Beispiel von EP 0583892 , dass, um einen ebenen Kommutator bereitzustellen, mehrere Kommutatoranschlüsse auf eine Kommutatorbasis montiert und mit Kohlesegmenten überformt werden. Jedoch hat jeder der Anschlüsse dieser bekannten ebenen Kommutatoren Zapfen, mit denen die Ankerwindung eines Elektromotors verbunden werden muss.
Eine Anzahl von bekannten Verfahren, solche Verbindungen zu bewirken, ist im allgemeinen Gebrauch. Wo die Wicklung aus Draht für niedrige Temperaturen gebildet wird, ist es üblich, ein Weichlötverfahren mit Flussmittel anzuwenden. Alternativ dazu wird auf den Draht, der abisoliert worden ist, eine Crimphülse aufgepresst, um eine Verbindung zu bewirken. Wenn mit Hochtemperaturdrähten gearbeitet wird, ist es erforderlich, Hitze einzutragen, und möglicherweise auch, Flussmittel anzuwenden, um so die Isolierschicht von den Enden des Drahtes zu entfernen.
Es gibt jedoch eine Zahl innewohnender Probleme und unerwünschter Nebenwirkungen im Zusammenhang mit allen vorhergehenden Verfahren.
Hitze führt zur Versprödung des Kupferdrahtes, der für die meisten Ankerwicklungen genutzt wird und befördert eine schnelle Oxidation. Der Gebrauch von Hitze erfordert zudem eine feste Struktur für die Unterstützung des Kommutators, um die plastische Verformung auf ein Minimum zu verringern. Diese Anforderung erfordert gewöhnlich den Gebrauch von Hochtemperatur-Formmaterial mit Druckgüte. Ein weiteres übliches Problem beruht auf dem versehentlichen Entfernen der Isolierung beim Wickeln des Anken, das oft automatisiert ist. Wenn der Draht über das Metall des Kommutators geführt wird, kann das zu einer Beschädigung der Drahtisolierung führen, und eine solche Beschädigung wird sich oft als eine kurzgeschlossene Wicklung manifestieren. Zusätzlich besteht immer eine Gefahr des Durchhängen im Wicklungsdraht, was unter der Beschleunigung durch Zentrifugal- und innere Kräfte Reibverschleiß verursacht.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein ebener Kohlesegmentkommutator bereitgestellt, umfassend eine Kommutatorbasis aus isolierendem Material, wobei die Basis eine Drehachse und eine vordere und hintere Fläche hat, die sich, wenigstens zum Teil, quer zur Drehachse erstrecken, und mehrere erste Öffnungen, die sich durch die Basis erstrecken, mehrere Kommutatoranschlüsse, deren jeder einen Anschlussabschnitt und einen Kontaktabschnitt umfasst, wobei sich der Kontaktabschnitt jedes Anschlusses durch eine jeweilige erste Öffnung in der Basis erstreckt und so gebogen ist, dass er an oder in der Nähe der vorderen Fläche der Basis liegt, und der Anschlussabschnitt jedes Anschlusses zwei Schneidkanten hat, um die Isolierung an einem Verbinderabschnitt einer Wicklung zu schneiden und einen Schlitz, der den Verbinderabschnitt bei Anwendung überspannt und greift, und mehrere Kohlesegmente, geformt auf der vorderen Fläche der Basis und über die jeweiligen Kontaktabschnitte der Abschnitte.
Vorzugsweise schließt der Kommutator ein Gehäuse ein, das mehrere Gehäuseaussparungen hat für die Aufnahme der jeweiligen Anschlussabschnitte.
Vorzugsweise hat jede Gehäuseaussparung derselben zugeordnete Mittel, um einen jeweiligen Verbinderabschnitt der Wicklung im Verhältnis zu jeder Aussparung anzuordnen, wobei die Basis, die Anschlüsse und das Gehäuse derart gestaltet sind, dass mit einer einzigen Translationsbewegung der Basis im Verhältnis zum Gehäuse die Verbinderabschnitte in die Gehäuseaussparungen eintreten, die Schneidkanten die Isolierungen von den Verbinderabschnitten der Wicklung abstreifen und die Schlitze durch Schneidklemmen einen elektrischen Kontakt mit den Verbinderabschnitten der Wicklung herstellen und aufrechterhalten.
Vorzugsweise hat die Basis einen zylindrischen Saum, der sich von der hinteren Fläche nach hinten erstreckt, um das Gehäuse aufzunehmen.
Vorzugsweise hat die vordere Fläche der Basis mehrere Aussparungen und jeder Kontaktabschnitt überlagert eine entsprechende Aussparung und hat wenigstens eine Öffnung, durch die sich das Material, das ein entsprechendes Kommutatorsegment bildet, in die Aussparung hinein erstreckt, um die Verankerung des Segments am Anschluss zu unterstützen.
Vorzugsweise hat die Basis mehrere zweite Öffnungen, die mit den Aussparungen verbunden sind und durch die sich das Material, das die Kommutatorsegmente bildet, erstreckt, um das Verankern der Segmente an der Basis zu unterstützen.
Vorzugsweise hat die Basis mehrere dritte Öffnungen, durch die sich das Material, das die Kommutatorsegmente bildet, erstreckt, um das Verankern der Kommutatorsegmente an der Basis zu unterstützen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nun ausführlicher als Beispiel beschrieben, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 eine perspektivische Ansicht der Vorderseite und der Seite einer Kommutatorbasis einer Ausführungsform eines ebenen Kommutators nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist,
2 eine perspektivische Ansicht der Rückseite und einer Seite der in 1 gezeigten Kommutatorbasis ist,
3 ein Grundriss des montierten Kommutators ist,
4 ein von unten gesehener Grundriss des montierten Kommutators ist,
5 ein Schnitt entlang der Linie A-A von 3 ist,
6 ein Schnitt entlang der Linie B-B von 4 ist,
7 eine perspektivische Ansicht eines Kommutatoranschlusses in einem vergrößerten Maßstab ist,
8 eine Abwicklung des in 7 gezeigten Anschlusses ist,
9 eine perspektivische Ansicht eines Gehäuse für die Anschlüsse ist und
10 eine fragmentarische Schnittansicht eines Teils des Gehäuses von 9 ist.
BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Der in den Zeichnungen gezeigte Kommutator ist vorgesehen für den Einsatz mit kleinen Elektromotoren, insbesondere durch Permanentmagneten erregten Gleichstrommotoren.
Bezug nehmend zuerst auf 1 und 2, ist die in diesen gezeigte Kommutatorbasis 10 aus Formmasse und umfasst eine kreisförmige vordere Wand 11 und einen zylindrischen Rand 12, der sich von der vorderen Wand 11 nach hinten erstreckt. Die Basis 10 hat außerdem eine zentrale Nabe 13, mit der die Basis 10 auf einer Ankerwelle (nicht gezeigt) befestigt werden kann.
Mehrere auf dem Kreisumfang verteilte, sich in axialer Richtung erstreckende Rippen 14 werden auf der inneren Oberfläche des Randes 12 bereitgestellt, für einen Zweck, der später erläutert wird.
Die vordere Wand 11 hat eine zentrale Öffnung 45 in Flucht mit der Nabe 13, acht gleichmäßig verteilte, sich der Länge nach in Radialrichtung erstreckende Aussparungen 15 und eine längliche, schlitzartige Öffnung 16, die in Radial mit jeder Aussparung 15 ausgerichtet ist.
Jede Aussparung 15 ist auf ihrem in Radialrichtung inneren Ende mit einer Öffnung 17 verbunden.
Jede Aussparung 15 ist auch zwei Öffnungen 18 zugeordnet, eine auf jeder Seite einer jeweiligen Aussparung 15 und angrenzend an deren in Radialrichtung äußeres Ende.
Die vordere Wand 11 hat auch einen äußeren Ring von mit Winkelabstand angeordneten Schlitzen 19.
Der Kommutatoranschluss 20, gezeigt in 7 und 8, umfasst einen Anschlussabschnitt 21 und einen Kontaktabschnitt 22. Der Kontaktabschnitt 22 hat die Form eines Fingers, der drei Aussparungen 23, 24 und 25 dann hat. Der Anschlussabschnitt 21 ist rechtwinklig (wie in der Abwicklung gezeigt), wobei seine Nebenachse mit der Längsachse des Kontaktabschnittes 22 übereinstimmt. Der Anschlussabschnitt 21 hat einen zentralen ausgeschnittenen Abschnitt 26, der symmetrisch bezüglich sowohl der Haupt- als auch der Nebenachse des Anschlussabschnittes 21 ist. Der ausgeschnittene Abschnitt 26 verjüngt sich von seiner größten Weite am Zentrum des Anschlussabschnittes 21 zu zwei Schlitzen 27. Zwei Schneiden 28 springen ein kurzes Stück in jeden Schlitz 27 vor. Diese Schneiden 28 bilden scharfe Kanten, um die Isolierung an einem Verbinderabschnitt einer Ankerwicklung zu schneiden. Der Anschlussabschnitt 21 hat außerdem zwei Widerhaken 29 für einen Zweck, der später offensichtlich wird.
Um die Anschlüsse 20 an der Basis 10 zu montieren, werden die Finger 22 durch die entsprechenden Öffnungen 16 in der Basis 10 gepresst, und die Finger 22 werden danach über die entsprechenden Aussparungen 15 gebogen, um sich radial nach innen zu erstrecken.
Die Kohlekommutatorsegmente 30 werden danach an der vorderen Wand 11 der Kommutatorbasis 10 über den Fingern 22 gebildet. Dies kann geschehen durch Heißpressen einer Scheibe rohen Graphitmaterials auf die vorderen Wand 11 und anschließendes Zerschneiden der Scheibe in die acht Einzelsegmente 30. Rohes Graphitmaterial ist eine Graphitmischung vor dem Sintern oder der Wärmebehandlung, wobei das Bindemittel ausgehärtet wird. Während des Heißpressens wird der Binder erweicht (möglicherweise verflüssigt), und dies erlaubt es der Mischung, unter Druck durch die Öffnungen 23, 24 und 25 in den Fingern 22 und in die Aussparungen 15, in die Nuten 19 und durch die Öffnungen 17 und 18, wie am besten in 5 und 6 gezeigt, zu fließen, um die Scheibe an der Basis 10 zu verankern. Der Binder, der aus einem bei Wärme härtbaren Material, wie zum Beispiel Phenolharz, besteht, wird, einmal geschmolzen und wieder abgekühlt, hitzebeständig und erzeugt eine stabile Kontaktfläche für den Kommutator. Als eine Alternative zum Heißpressprozess kann ein Überformverfahren genutzt werden. Bei letzterem Verfahren werden die Komponenten, namentlich die Kommutatorbasis 10 und die Anschlüsse 20, in einer Form platziert und Graphitmaterial wird injiziert, nachdem die letztere geschlossen worden ist. Das Heißpressen oder das Abgussverfahren erzeugen eine gute elektrische Verbindung mit den Fingern 22.
Jetzt wird Bezug genommen auf 9 und 10, in denen ein Gehäuse 35 für die Anschlussabschnitte 21 der Anschlüsse 20 gezeigt wird. Dieses Gehäuse 35 hat eine kronenartige Form und hat eine zentrale Nabe 36 für die Aufnahme der Ankerwelle und acht sich in Radialrichtung nach außen erstreckende Gehäuseabschnitte 37, die gleichmäßig um die Nabe 36 verteilt sind. Jeder der Gehäuseabschnitte 37 definiert eine Gehäuseaussparung 38 und wird verwendet, um eine Verbindung zwischen einem entsprechenden Teil der Ankerwindung und einem der Anschlussabschnitte 21 der Anschlüsse 20 zu bewirken. Jeder Gehäuseabschnitt 37 hat Seitenwände 39, eine Stirnwand 40 und einen Deckel 41. Die Seitenwände 39 sind parallel zur Längsachse der Nabe 36.
Ein Stumpf 42 springt zentral aus der inneren Oberfläche der Stirnwand 40 vor und erstreckt sich innerhalb des Gehäuseabschnittes 37 etwa über die halbe Länge der Seitenwände 39. Der Stumpf 42 erstreckt sich parallel zur Längsachse der Nabe 36 und ist mit dem Gehäuse 35 nur über die Stirnwand 40 verbunden. Jede Seitenwand 39 hat einen Schlitz 43, der sich parallel zur Längsachse der Nabe 36 erstreckt, vom Kommutatorende des Gehäuses 35 über eine Länge, die auf dem Niveau des freien Endes des Stumpfes 42 endet. Bin Abschnitt einer Ankerwicklung kann so durch die Schlitze 43 geführt werden, dass der Wicklungsabschnitt auf dem Ende des Stumpfes aufliegt.
Während der Montage des Ankers eines Elektromotors wird das Gehäuse 35 auf der Ankerwelle platziert. Der Zuleitungsdraht der Ankerwicklung wird durch Einlegen des Endes des Drahtes in die in den Seitenwänden 39 bereitgestellten Schlitze 43 in einen der Gehäuseabschnitte 37 eingeführt. Der Draht wird in den Gehäuseabschnitt 37 zurückgeschoben, bis er am Stumpf 42 anliegt. Von diesem Start aus wird die erste Ankerspule gewickelt. Am Ende der ersten Spulenwicklung wird der Anker weitergeschaltet, und der Draht wird auf die gleiche Weise in den nächsten Gehäuseabschnitt 37 eingelegt, ohne die Kontinuität des Drahtes zu unterbrechen. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis alle Spulen gewickelt worden sind, und das hintere Ende wird danach in die Schlitze 43 des ersten Gehäuseabschnittes 37 gelegt und zurückgeschoben, bis es neben der Anschlussleitung liegt, die am Beginn der Wickeloperation am Stumpf 42 platziert wurde. Der Draht wird dann abgeschnitten und der Anker aus der Wickelmaschine entnommen.
Das Gehäuse 35 hat nun einen Wicklungsabschnitt, der einen in jedem der Gehäuseabschnitte 37 liegenden isolierten Draht umfasst. Jeder der Wicklungsabschnitte ist unter Spannung und wird eng gegen en jeweiligen Stumpf 42 gezogen. Die Kommutatorbasis 10 wird danach, zusammen mit den Anschlüssen 20 und den Kommutatorsegmenten 30, entlang der Ankerwelle verschoben, so dass die Anschlussabschnitte 21 der Anschlüsse in die entsprechenden Gehäuseabschnitte 37 eindringen und die Gehäuseabschnitte zwischen den Rippen 14 liegen. Wenn sich jeder Anschlussabschnitt 21 einem Wicklungsabschnitt, der in einem Gehäuseabschnitt 37 gehalten wird, annähert, bewegen sich die Schlitze 27 über den Draht. Die Schneiden 28 trennen die Isolierung auf dem Draht ab, der verformt wird, wenn sich die Schlitze über den Draht bewegen. Dadurch wird ein enger Kontakt Metall zu Metall zwischen dem Draht und den Anschlussabschnitten 21 gewährleistet. Die Widerhaken 29 greifen den Deckel 41 des Gehäuses 35 und halten daher die Anschlussabschnitte 21 innerhalb des Gehäuses 35 fest.
Diese Art der Fertigung eines Kommutators eignet sich für ein automatisiertes Verfahren. Es ist keine Anwendung von Hitze erforderlich, und die damit verbundene Gefahr der Verzerrung des Gehäuses 35 wird daher vermieden. Keine Versprödung des Wicklungsdrahtes wird verursacht, und Probleme, die mit der Oxidation verbunden sind, werden ebenfalls vermieden. Die Verwendung von Flussmittel wird verneint, und so gibt es keine chemische Reaktion oder nachfolgende Erosion in Folge der Verbindung. Die Ankerwicklung kann eine einzige durchgehende Wicklung sein, und die Gefahr, durch das Unterbrechen der Wicklung, um einen Kontakt zu jeder Spule zu erzielen, ein Durchhängen zu induzieren, kann vermieden werden.
Die obige Ausführungsform wird nur als Beispiel angegeben, und Fachleuten auf dem Gebiet werden verschiedene Variationen offensichtlich sein, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen, wie sie in den angefügten Ansprüchen definiert wird.

Claims

Ebener Kohlesegmentkommutator, der Folgendes umfasst: eine Kommutatorbasis (10) aus isolierendem Material, wobei die Basis (10) eine Drehachse und eine vordere (11) und eine hintere Fläche hat, die sich, wenigstens zum Teil, quer zur Drehachse erstrecken; mehrere Kommutatoranschlüsse (20), deren jeder einen Anschlussabschnitt (21) und einen Kontaktabschnitt (22) umfasst, und mehrere Kohlesegmente (30), die an der vorderen Fläche (11) der Basis (10) bzw. über den Kontaktabschnitten (22) der Anschlüsse geformt sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kontaktabschnitt (22) jedes Anschlusses (20) durch eine jeweilige erste Öffnung (16) in der Basis (10) erstreckt und so gebogen ist, dass er an oder in enger Nähe der vorderen Fläche (11) der Basis liegt, und der Anschlussabschnitt (21) jedes Anschlusses (20) eine Schneidkante (28), um die Isolierung an einem Verbinderabschnitt einer Wicklung zuschneiden, und einen Schlitz (27), der den Verbinderabschnitt bei Anwendung überspannt und greift, hat.
Kommutator nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch ein Gehäuse (35), das mehrere Gehäuseaussparungen (38) bat, um jeweils die Anschlussabschnitte (21) der Anschlüsse (20) aufzunehmen.
Kommutator nach Anspruch 2, wobei jede Gehäuseaussparung (38) derselben zugeordnete Mittel (42, 43) hat, um einen jeweiligen Verbinderabschnitt der Wicklung im Verhältnis zu jeder Aussparung (38) anzuordnen, wobei die Basis (10), die Anschlüsse (20) und das Gehäuse (35) derart sind, dass die Anschlussabschnitte (21) mit einer einzigen Translationsbewegung der Basis (10) im Verhältnis zum Gehäuse (35) in die Gehäuseaussparungen (38) eintreten, die Schneidkanten (28) die Isolierung von den Verbinderabschnitten der Wicklung abstreifen und die Schlitze (27) durch Schneidklemmen einen elektrischen Kontakt mit den Verbinderabschnitten der Wicklung herstellen und aufrechterhalten.
Kommutator nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (10) einen zylindrischen Saum (12) hat, der sich von ihrer hinteren Fläche nach hinten erstreckt, um das Gehäuse (35) aufzunehmen.
Kommutator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vordere Fläche (11) der Basis (10) in derselben mehrere Aussparungen (15) hat und jeder Kontaktabschnitt (22) eine entsprechende Aussparung (15) überlagert und wenigstens eine Öffnung (23) hat, durch die sich das Material, das ein jeweiliges Kommutatorsegment (30) bildet, in die Aussparung (15) erstreckt, um das Verankern des Segments (30) am Anschluss (20) zu unterstützen.
Kommutator nach Anspruch 5, wobei die Basis (10) mehrere zweite Öffnungen (17) hat, die mit jeweiligen Aussparungen (15) verbunden sind und durch die sich das Material, das die Kommutatorsegmente (30) bildet, erstreckt, um das Verankern der Segmente (30) an der Basis (10) zu unterstützen.
Kommutator nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei die Aussparungen (15) länglich sind und sich in Radialrichtung von der Basis (10) erstrecken.
Kommutator nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die ersten Öffnungen (16) jeweils in Radialrichtung mit den Aussparungen (15) ausgerichtet und außerhalb derselben angeordnet sind.
Kommutator nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Basis (10) mehrere dritte Aussparungen (18) hat, die mit Zwischenraum zu den Aussparungen (15) angeordnet sind und durch die sich das Material, das die Kommutatorsegmente (30) bildet, erstreckt, um das Verankern der Kommutatorsegmente (30) an der Basis (10) zu unterstützen.
Kommutator nach Anspruch 9, wobei je einer der Aussparungen (15) zwei dritte Öffnungen (18) zugeordnet sind, eine auf jeder Seite einer jeweiligen Aussparung.
Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Basis (10) mehrere dritte Aussparungen (18) hat, durch die sich das Material, das die Kommutatorsegmente (30) bildet, erstreckt, um das Verankern der Kommutatorsegmente (30) an der Basis (10) zu unterstützen.
Kommutator nach einem der vorhergehenden Ansprache, wobei die Basis (10) einen mittigen Vorsprung (13) mit einer mittigen Öffnung zum Aufnehmen einer Ankerwelle hat.
Kommutator nach Anspruch 2, wobei die Basis (10) einen mittigen Vorsprung (13) zum Aufnehmen einer Ankerwelle hat.
Kommutator nach Anspruch 13, wobei das Gehaase (35) ebenfalls einen mittigen Vorsprung (36), koaxial mit dem mittigen Vorsprung (13) der Basis (10), zum Aufnehmen der Ankerwelle hat.