DE69211734T2

DE69211734T2 - Kommutator

Info

Publication number: DE69211734T2
Application number: DE69211734T
Authority: DE
Inventors: Akio Chiba; Masahisa Sobue; Shun Suzuki; Kazuo Tahara; Nobuyuki Yamashita
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1991-03-18
Filing date: 1992-02-26
Publication date: 1997-01-23
Anticipated expiration: 2012-02-27
Also published as: EP0505046A2; KR920019022A; EP0505046A3; DE69211734D1; US5266860A; EP0505046B1; JPH05226047A; CN1064972A; KR0128378B1; CN1030123C

Description

Die Erfindung betrifft einen Kommutator. Ein derartiger Kommutator kann z. B. in einer sich drehenden Maschine, wie einem Elektromotor oder einem Generator verwendet werden.
Ein Kommutator ist eine wichtige Komponente einer sich drehenden Maschine, und er umfaßt einen sich drehenden Körper mit leitenden Teilen (normalerweise Segmenten), die mit Ankerwicklungen der Maschine verbunden sind. Bürsten laufen über die Oberfläche des Kommutators. Jedesmal dann, wenn eine Spule der Ankerwicklung durch eine Bürste kurzgeschlossen wird, ermöglicht es eine Bürste, daß Strom von einem positiven zu einem negativen Pol fließt, und eine andere Bürste ermöglicht es, daß Strom in der Gegenrichtung, vom negativen zum positiven Pol fließt. Der Stromfluß beginnt in dem Moment, in dem die Spule durch die Bürste kurzgeschlossen wird, und sie endet, wenn der Kurzschluß aufgehoben wird. Dieser Prozeß wird innerhalb einer sehr kurzen Zeit abgeschlossen und kontinuierlich wiederholt, um Gleichrichtung zu erzielen.
Der in einer kurzgeschlossenen Spule während des Gleichrichtvorgangs fließende Strom weist am Anfang oder am Ende eines Gleichrichtvorgangs eine erhöhte Änderungsrate auf und es besteht die Wahrscheinlichkeit, daß zwischen dem Kommutator und der Bürste ein Funke entsteht. Ein derartiger Gleichrichtungsfunke tritt dann auf, wenn der Spannungsabfall am Bürstenkontakt eine spezielle Spannung überschreitet. Der Gleichrichtungsfunke ist dann klein, wenn der Spannungsabfall am Bürstenkontakt klein ist, wenn der Gleichrichtvorgang endet, aber er kann zu einer Bogenentladung führen, wenn der Spannungsabfall hoch ist. Wenn Bogenentladung auftritt, kann auf der Bürste ein Fleck hoher Temperatur erzeugt werden, so daß in der Bürste und durch diese anomaler Abrieb hervorgerufen werden kann, und der Kommutator kann teilweise weich werden. Dies erzeugt eine große Anzahl von Kohlenstoffteilchen und ionisiert die Luft, wodurch die Gefahr eines Überschlags hervorgerufen wird.
Außerdem können bei der Gleichrichtung auftretende Funken unabhängig von der Funkengröße zu elektrischen Störsignalen führen. Diese Störsignale führen zu einer Funkstörung, die beim Hausgebrauch von Fernsehen und Radio zu Störungen (Geisterlinien oder Überlagerungstöne beim Fernsehen) und zu Fehlern in Computern führen.
Um Störsignale zu unterdrücken, wurde es vorgeschlagen, Kondensatoren zwischen benachbarte leitende Segmente des Kommutators zu schalten, wobei diese Kondensatoren Spitzenströme verhindern und damit Funken verhindern. Es existieren viele Vorschläge hinsichtlich der Konfiguration derartiger Kondensatoren, wozu die folgenden Dokumente gehören: JP-A-55- 15 949, JP-A-58-55 630, JP-A-59-34 056, JP-A-59 34057, JP- A-60-32 548, JP-A-55-9 197, JP-A-55-9 198, JP-A-55-9 199 und JP-A-56-3 905. Bei allen vorstehend angegebenen Vorschlägen ist der Kondensator eine gesonderte Komponente.
Es sei auch darauf hingewiesen, daß es vorgeschlagen wurde, einen Kommutator aus Keramikmaterialien herzustellen, wobei die abwechselnden leitenden und isolierenden Segmente des Kondensators aus verschiedenen Keramikmaterialien bestehen. Ein Beispiel hierfür ist im Dokument JP-A-63-252 973 angegeben, das später detaillierter erörtert wird. Der Vollständigkeit halber sei auch angegeben, daß viele verschiedene Keramiken mit verschiedenen elektrischen Eigenschaften bekannt sind, wozu die Bedeutung erneut später erörtert wird.
Wie vorstehend angegeben, schlugen bisherige Vorschläge zum Ausbilden von Kondensatoren zwischen den leitenden Segmenten eines Kommutators vor, daß die Kondensatoren gesondert sind. Gemäß der Erfindung ist ein Kommutator mit folgendem geschaffen:
- einem zentralen Träger
- mehreren leitenden Segmenten und
- mehreren isolierenden Segmenten, wobei die mehreren leitenden Segmente und die mehreren isolierenden Segmente abwechselnd um den Träger angeordnet sind; wobei
- die Dielektrizitätskonstante jeder der mehreren isolierenden Segmente größer als 10 ist.
Das Material des isolierenden Segments kann so ausgewählt werden, daß es eine zweckdienliche Kapazitätswirkung ergibt und zwar durch geeignete Wahl der Fläche desselben in einer Ebene radial zum Kommutator sowie der Dicke desselben in der Umfangsrichtung des Kommutators. So ist das Erfordernis gesonderter Kondensatoren beseitigt, da ein Kondensator zwischen benachbarten leitenden Segmenten durch das Material des dazwischenliegenden isolierenden Segments gebildet wird. Der durch jedes isolierende Segment gebildete Kondensator unterdrückt dann Spitzen.
Vorzugsweise ist die Dielektrizitätskonstante des isolierenden Segments größer als 20.
Die Kapazität eines Kondensators ist direkt proportional zu seiner Dielektrizitätskonstante sowie umgekehrt proportional zu seiner Dicke. Daher erscheint es, auf den ersten Blick, möglich zu sein, für eine geeignete Kapazität zwischen den isolierenden Segmenten durch ein Material niedriger elektrischer Dielektrizitätskonstante zu sorgen, wenn die Dicke des isolierenden Segments ausreichend klein ist. Jedoch muß daran erinnert werden, daß die isolierenden Segmente auch ihre Primärfunktion des Bereitstellens von Isolation zwischen den leitenden Segmenten ausführen müssen, und wenn die isolierenden Segmente zu dünn wären, würde sich ihre Isolierwirkung verringern, wodurch die Kondensatorfunktion verhindert wäre. Daher ist in der Praxis eine minimale Dicke erforderlich, die von der Art und den Betriebsbedingungen der Maschine abhängt, in der der Kommutator zu verwenden ist. Ferner ist es nicht immer wünschenswert, daß die Kapazität der isolierenden Segmente zu hoch ist, da dies auch zu einer Beeinträchtigung erfolgreichen Betriebs des Kommutators führen kann. Daher ist es alleine durch die Theorie nicht einfach, die Werte für eine geeignete Kapazität zu erzielen, und die speziellen Werte der Dielektrizitätskonstante, der Fläche und der Dicke der isolierenden Segmente gemäß der Erfindung müssen Fall für Fall abhängig vom Anwendungszweck des Kommutators bestimmt werden.
Ein Kommutator nimmt eine Gleichrichtung dadurch vor, daß er mechanischen und elektrischen Kontakt zwischen seiner Außenfläche und der Bürste aufrechterhält. Demgemäß muß die Oberfläche des Kommutators glatt, ohne Unebenheiten, sein, so daß der Gleitkontakt zur Bürste stabil ist. Jedoch steigt die Temperatur des Kommutators durch Abreibung auf Grund des Gleitvorgangs während der Gleichrichtung und wegen diese begleitenden Funken an, so daß der Kommutator durch Wärme oder durch bei hohen Drehzahlen hervorgerufene Zentrifugalkräfte verformt werden kann. Dieses Problem ist besonders schwerwiegend, da die einzelnen Gleichrichtungselemente normalerweise durch ein Harz, insbesondere im Fall eines vergossenen Kommutators, zusammengehalten werden, und es kann eine ungleichmäßige Füllung von Harz oder Verstärkungsmaterial auftreten, so daß die Verschiebungen der einzelnen leitenden Segmente des Kommutators ungleich sind. Es ist wahrscheinlich, daß dann ein stufenweiser Unterschied zwischen benachbarten leitenden Segmenten auftritt, so daß die Oberfläche des Kommutators ihre gewünschte Glätte verliert. Diese Tendenz wird augenscheinlicher, wenn die Drehzahl zunimmt, wodurch sicherer Gleitkontakt mit der Bürste verhindert wird und die Gleichrichtungseigenschaften verschlechtert werden. Demgemäß nimmt die Wahrscheinlichkeit von Gleichrichtungsfunken zwischen der Bürste und dem Kommutator beschleunigt zu, so daß Verluste und Abrieb hinsichtlich der Kommutator- und Bürstenflächen zunehmen, wodurch sich die Betriebslebensdauer der Maschine verringert und manchmal der Kommutator beschädigt wird.
Daher wurde es vorgeschlagen, wie oben erwähnt, Kermamikmaterialien und insbesondere leitende Kermiken und isolierende Keramiken zu verwenden, um leitende Segmente und isolierende Segmente herzustellen.
Ein Keramikkommutator kann durch ein reaktives Sinterverfahren unter Verwendung leitender Keramiken und isolierender Keramiken hergestellt werden. Dieses Herstellverfahren kann einen Keramikkommutator mit variablem Widerstand der Keramiken erzeugen, wobei eine Dimensionsänderung auf Grund des Sintervorgangs klein ist. Zusätzlich können durch Einstellen der Mengen zuzuführender Materialien die Wärmeexpansionskoeffizienten der leitenden Keramik und der isolierenden Keramik zur Übereinstimmung gebracht werden, so daß ein gemeinsames Sintern des leitenden Materials und des isolierenden Materials möglich ist.
Im Dokument JP-A-63-252 973 ist jedoch das Problem von Störsignalen auf Grund von Funken nicht berücksichtigt, und daher ist die einzige Eigenschaft, die bei der Auswahl des Materials zum Herstellen der isolierenden Segmente berücksichtigt wird, die Isoliereigenschaft desselben. Daher ist die Kapazität desselben nicht berücksichtigt, und gemäß dem Dokument JP-A-63-252 973 ist die Dielektrizitätskonstante der isolierenden Segmente kleiner als es für die vorliegende Erfindung erforderlich ist. Wegen der oben erörterten Vorteile ist es jedoch bevorzugt, daß die leitenden und/oder isolierenden Segmente eines erfindungsgemäßen Kommutators aus einem Keramikmaterial bestehen. Es sind viele verschiedene Keramikmaterialien mit verschiedenen Dielektrizitätskonstanten bekannt, und es ist möglich, eine geeignete Mischung derartiger Materialien auszuwählen, um isolierende Segmente mit Eigenschaften zu erzielen, wie sie für die Erfindung erforderlich sind. Insbesondere sind Keramikmaterialien, die TiO&sub2; und TixOy enthalten, besonders geeignet. Selbstverständlich können viele andere Materialien bei der Erfindung verwendet werden.
Normalerweise sind in einem Kommutator die leitenden und isolierenden Segmente an einem zentralen Träger montiert, der normalerweise eine Metallwelle aufweist und daher leitend ist. Die leitenden Segmente müssen von der Welle isoliert sein, und gemäß dem Dokument JP-A-63-252 973 umgibt ein isolierendes Material die Welle, das dasselbe isolierende Material wie das der isolierenden Segmente ist. Es wäre möglich, dieses Konzept auf die Erfindung anzuwenden, jedoch wird vermutet, daß sich dann eine Schwierigkeit ergibt. Wenn der Kommutator arbeitet, existiert zwischen der zentralen Welle und den leitenden Segmenten eine sich ändernde Spannung, die selbst hochfrequente Oberwellen enthalten kann. Derartige hochfrequente Oberwellen erscheinen daher über den isolierenden Teil des zentralen Trägers hinweg. Wenn dies auftritt und dieser isolierende Teil ausreichend hohe Kapazität aufweist, kann ein Wechselstrom durch ihn hindurchlaufen, was einen Kurzschluß der leitenden Segmente zur zentralen Welle bewirkt. Daher ist es erwünscht, daß der isolierende Teil des zentralen Trägers nur wenig oder keine Kapazitätswirkung aufweist, und daher ist es erwünscht, daß er aus einem anderen Material als dem der leitenden Segmente des Kommutators besteht.
Das Material der isolierenden Segmente weist eine Dielektrizitätskonstante über 10, vorzugsweise von mindestens 20 auf. Die isolierende Segmente bilden dann Kondensatoren zwischen den leitenden Segmenten, um Stromspitzen zu unterdrücken. Dann kann das isolierende Material des zentralen Trägers eine kleinere Dielektrizitätskonstante aufweisen und es kann auch einen größeren Widerstand aufweisen.
Es ist auch möglich, daß das isolierende Material des zentralen Trägers eine höhere Dielektrizitätskonstante aufweist, daß zu einer weiteren Wirkung führt, die nachfolgend erörtert wird.
Eine weitere Entwicklung der Erfindung nützt die Erkenntnis, daß die Verwendung eines isolierenden Materials mit ausreichender Dielektrizitätskonstante, das dadurch für geeignete Kapazität sorgt, in einem Kommutator verwendet werden kann, ohne daß notwendigerweise von den isolierenden Segmenten ein kapazitiver Effekt geliefert wird.
Es wurde bereits erwähnt, daß der zentrale Träger aus isolierendem Material bestehen kann. Dies trägt dazu bei, einen Kurzschluß zwischen der zentralen Welle und den leitenden Segmenten zu verhindern, jedoch ist es auch erkennbar, daß das isolierende Material die leitenden Segmente verbindet. Daher kann dieses Material, wenn es über eine ausreichend hohe Dielektrizitätskonstante verfügt, für geeignete kapazitive Wirkung sorgen. Ein Material, das für diese kapazitive Wirkung sorgt, kann Teil des zentralen Trägers sein, in welchem Fall es erforderlich sein kann, für eine weitere Isolierung zwischen diesem Material und der Welle zu sorgen, um Kurzschlüsse zu verhindern, jedoch kann jeder beliebige Körper aus geeignetem Material die mehreren leitenden Segmente verbinden.
Der Körper kann ein Ring auf der Innenseite der leitenden Segmente sein, wie bereits beschrieben, jedoch kann es auch ein radial außen liegender Ring oder eine Platte axial mit den mehreren leitenden Segmenten sein. In jedem Fall verbindet der Körper die leitenden Segmente auf körperliche Weise, und seine Dielektrizitätskonstante ist dergestalt, daß zwischen benachbarten leitenden Segmenten Kondensatoren zum Unterdrücken von Stromimpulsen ausgebildet werden.
Es können viele verschiedene Kombinationen der oben angegebenen Merkmale geschaffen werden. Zum Beispiel ist es möglich, das isolierende Material des zentralen Trägers mit ausreichend hoher Dielektrizitätskonstante zum Erzeugen der Kondensatoren auszubilden und dann die isolierenden Segmente aus einem Material mit niedrigerer Dielektrizitätskonstante auszubilden (daher bestehen die isolierenden Segmente aus einem anderen Material als dem isolierenden Material des zentralen Trägers). Als weitere Alternative ist es möglich, isolierende Segmente mit geeignet hoher Dielektrizitätskonstante und einem Körper zu schaffen, der die leitenden Segmente mit geeignet hoher Dielektrizitätskonstante verbindet. Der Körper und die isolierenden Segmente können dann aus demselben Material bestehen.
Um eine leitende Keramik zur Verwendung bei der Erfindung herzustellen, können metallisches Si(Silizium)-Pulver und leitendes Keramikpulver verwendet werden, und um isolierende Keramik herzustellen, können metallisches Si-Pulver und isolierendes Keramikpulver oder Keramikpulver mit größerer Dielektrizitätskonstante verwendet werden. Wenn derartige Pulver in Stickstoffgas erwärmt werden, reagiert Si mit N&sub2;, um Si&sub3;N&sub4; (Siliziumnitrid) zu bilden, so daß eine gesinterte Substanz gebildet wird, in der Si&sub3;N&sub4; mit leitender/isolierender Keramik kombiniert ist.
Der spezifische Widerstand der Keramik kann im Bereich von 10&supmin;&sup5; µm bis 10¹² µm ausgewählt werden, weswegen geeignete Widerstandswerte für das Material aller Teile des Kommutators möglich sind. Die Dimensionsänderungsrate beim Sintern leitender und isolierender Keramiken kann den kleinen Wert von 0,3 % aufweisen, da beim Ausbilden einer gesinterten Substanz Si mit N&sub2; reagiert, um Si&sub3;N&sub4; zu erzeugen, wodurch Formungshohlräume aufgefüllt werden. Der Wärmeexpansionskoeffizient leitender und isolierender Keramiken, die Si&sub3;N&sub4; in Kombination enthalten, kann vom Wärmeexpansionskoeffizient von Si&sub3;N&sub4; bis zu dem eines hinzugefügten Elements wahlfrei geändert werden, so daß die Bedingungen für gemeinsames Sintern ("gemeinsames Brennen") des leitenden und isolierenden Materials erfüllt sein können. Demgemäß kann selbst dann, wenn das leitende Material einstückig mit dem isolierenden Material verwendet wird, eine gesinterte Substanz ohne die Gefahr von Rißbildung oder Haarrißbildung beim Sintern durch Angleichen der Wärmeexpansionskoeffizienten erhalten werden.
Selbst dann, wenn der Kommutator während des Betriebs erwärmt wird, entsteht an der Oberfläche des Kommutators keine Aufrauhung, so daß die Oberfläche desselben beim Gleitkontakt glatt gehalten wird, um hervorragende Gleichrichtungsfunktion zu gewährleisten, da der Wärmeexpansionskoeffizient des leitenden Materials mit dem des isolierenden Materials übereinstimmt.
Das Material Si&sub3;N&sub4; verfügt über Dielektrizität, und durch Hinzufügen eines Keramikpulvers mit höherer Dielektrizitätskonstante als Zusatz kann ein Kondensator mit großer Kapazität erhalten werden, um die Erzeugung von Funken beim Gleichrichtungszyklus zu verhindern, wie bereits erörtert.
Andererseits kann, um einen Leiter mit einem Isolator zu verbinden, der Keramikkommutator ein Bindemittel auf Keramikbasis verwenden. Das keramische Bindemittel ist ein solches, dessen Hauptkomponente eine Keramik ist, die denselben Wärmeexpansionskoeffizient wie der verwendete Leiter und der Isolator aufweist. Das im Verbindungsmittel zu verwendende Bindemittel wird bei 300 bis 500 ºC entfernt und gleichzeitig wird die Hauptkomponente, nämlich die Keramik, ausgehärtet. Die Wärmebeständigkeitstemperatur liegt über 1000 ºC. Die Wärmeexpansionskoeffizienten des Verbindungsmittels und der Keramik können dadurch gleichgemacht werden, daß die Komponenten des Keramikmaterials ausgewählt werden, das die Hauptkomponente des Verbindungsmittels bildet.
Ein erfindungsgemäßer Kommutator unter Verwendung von Keramik für sein leitendes Segment sowie eines Keramikkondensators mit Isoliereigenschaften für sein isolierendes Segment zeigt selbst bei Erwärmung während des Betriebs keine Haarrißbildung oder Rißbildung, da die Wärmeexpansionskoeffizienten der verwendeten Materialien dieselben sein können. Demgemäß kann ein ausgezeichneter, wartungsfreier Kommutator mit hoher Zuverlässigkeit und langer Betriebsdauer erhalten werden, während elektrische Störsignale hervorrufende Funken verhindert sind.
Ferner kann ein gesonderter Raum zum Anbringen von Kondensatoren und für eine Verdrahtung zum Anschließen der Kondensatoren dadurch eingespart werden, daß eine Struktur geschaffen ist, bei der ein isolierendes Segment, das sowohl einen Kondensatoreffekt als auch Isoliereigenschaft ergibt, mit in einem Kommutator angeordneten leitenden Segment integriert wird, so daß der Kommutator demgemäß leitende Segmente und isolierende Segmente aufweist, so daß die Konfiguration des Kommutators nicht geändert werden muß, um für die erforderliche Kapazität zu sorgen. Die zwischen der Bürste und einem Gleichrichtungselement erzeugte dielektrische Spannung am Ende eines Gleichrichtungsvorgangs kann verhindert werden, um einen wartungsfreien Kommutator mit hoher Zuverlässigkeit und langer Betriebsdauer ohne elektrische Störsignale zu schaffen. Auch werden Verluste an der Kommutatoroberfläche auf Grund der Betriebsdauer, Gleichrichtungsmängeln und anomalem Abrieb minimiert.
Nun werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Kommutators und einer Bürste, die ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung bilden;
Fig. 2 zeigt Stromsignalverläufe;
Fig. 3 zeigt Dimensionsänderungen, wenn ein Leiter und ein Isolator gleichzeitig gesintert werden;
Fig. 4 zeigt den spezifischen elektrischen Widerstand gesinterter leitender und isolierender Materialien;
Fig. 5 zeigt die Wärmeexpansion gesinterter leitender und isolierender Materialien;
Fig. 6 zeigt einen Kommutator gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem zentralen Ring aus isolierendem Material;
Fig. 7 zeigt einen Kommutator gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, ebenfalls mit einem zentralen Ring aus isolierendem Material;
Fig. 8 zeigt einen Kommutator gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 9 zeigt einen Kommutator gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 10 zeigt einen Kommutator gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 11 zeigt einen Kommutator gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein zentraler Isolierring Kondensatoren bildet;
Fig. 12 zeigt einen Kommutator gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 13 zeigt einen Kommutator gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein äußerer Isolierring Kondensatoren bildet;
Fig. 14 zeigt einen Kommutator gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 15 zeigt einen Kommutator gemäß einem elften Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem eine Platte aus isolierendem Material Kondensatoren bildet;
Fig. 16 zeigt eine Modifizierung des Kommutators von Fig. 15;
Fig. 17 zeigt einen Kommutator gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 18 zeigt eine Modifizierung eines erfindungsgemäßen Kommutators und
Fig. 19 zeigt eine weitere Modifizierung eines erfindungsgemäßen Kommutators.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Ausführungsbeispiel 1

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, gemäß der ein Kommutator abwechselnde isolierende Segmente 4 aus isolierendem Material und leitende Segmente 5 aus leitendem Material aufweist, die um einen zentralen Träger 20 herum angeordnet sind. Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung bewegt sich eine Bürste 14 entlang der Außenfläche 17 des Kommutators, und eine Spannungsleitung 15 legt eine Spannung 16 zwischen die Bürste 14 und den Kommutator.
Wenn die isolierenden Segmente 4 und die leitenden Segmente aus normalen Materialien bestehen, zeigt die Kontaktspannung starke Spitzen 18, wie es aus Fig. 2 erkennbar ist.
Daher schlägt die Erfindung vor, daß die isolierenden Segmente 4 eine Dielektrizitätskonstante &epsi;, eine Fläche und eine Dicke aufweisen, die dazu ausreichen, die Spitzen 18 zu unterdrücken, was zu einem Signalverlauf führt, wie er der gestrichelten Linie 19 entspricht. Die Verwendung geeigneter Werte für die Dielektrizitätskonstante &epsi;, die Fläche und die Dicke ermöglicht es, einen Kondensator mit geeigneter Kapazität zwischen den leitenden Segmenten auszubilden, wie es später detaillierter beschrieben wird.
Nun wird die Herstellung eines derartigen Kommutators unter Verwendung von Keramikmaterialien beschrieben. Um das leitende Material herzustellen, werden metallisches Si-Pulver mit einem mittleren Durchmesser von 1 µm sowie leitendes Keramikpulver (Nitrid oder Carbid) vermischt, und dann werden 20 Volumen-% eines organischen Bindemittels, wie eines Wachses auf Polyethylenbasis und Stearinsäure zu diesem Pulvergemisch als Formungsbindemittel hinzugefügt. Das Ergebnis wird bei einer Temperatur von 150 ºC für drei Stunden mit einer Kneteinrichtung geknetet. Dann wird ein Pulver für ein Formungsmaterial durch Zerstoßen der gekneteten Substanz erhalten. Auf ähnliche Weise wird eine isolierende Keramik durch Vermischen metallischen Si-Pulvers mit einem mittleren Durchmesser von 1 µm mit isolierendem Keramikpulver (Oxid, dielektrische Substanz) hergestellt, mit anschließendem Kneten unter Verwendung des oben angegebenen Formungsbindemittels, und schließlich wird durch Zerstoßen der gekneteten Substanz ein Pulver für das Formungsmaterial erhalten. Eine Form wird mit diesen Pulvern gefüllt und Druck von 100 MPa bei einer Temperatur von 160 ºC ausgesetzt, um eine Probe für Meßzwecke herzustellen. Das das Formungsbindemittel enthaltende Pulvergemisch erweicht bei Erwärmung, so daß die Pulverfüllungsrate 65 Vol.-% überschreitet.
Der sich ergebende Formling wird mit einer Heizrate von 3 ºC/h in einer Argonatmosphäre bis auf eine Temperatur von 500 ºC erwärmt, um das Formungsbindemittel zu beseitigen, und er wird dann in Stickstoffgasatmosphäre Schritt für Schritt bis auf 1300 ºC erwärmt, um das metallische Si zu nitrieren, so daß ein durch Si&sub3;N&sub4; gebundener Sinterkörper in Form leitender/isolierender Keramik erhalten wird. Als Beispiele für die obigen Elemente werden nachfolgend Eigenschaften von Sintersubstanzen zusammengefaßt, die dadurch erhalten werden, daß TiN, ZrN zu leitendem Keramikpulver und Al&sub2;O&sub3; zu isolierendem Keramikpulver zugesetzt werden. Fig. 3 zeigt die Dimensionsänderungsrate im Sinterstadium. Die Dimensionsänderungsrate beim Sintern leitender und isolierender Keramikpulver mit Zusätzen liegt unter 0,3 % und ist viel kleiner als diejenige, wie sie bei einem herkömmlichen drucklosen Sinterverfahren auftritt. Wenn Si in Stickstoffgas erwärmt wird, liegt eine Dampfphasenreaktion vor, die Si&sub3;N&sub4; erzeugt, das Hohlräume in einem von Wachs befreiten Körper auffüllt (wenn sich Si in Si&sub3;N&sub4; umwandelt, nimmt das Volumen um ungefähr 23 % zu, wodurch Hohlräume und Löcher im von Wachs befreiten Körper aufgefüllt werden) und es entsteht ein Sinterkörper, während eine Reaktion mit der Oberfläche des zugefügten leitenden oder isolierenden Keramikpulvers erfolgt. Demgemäß wird eine Keramik mit hoher Dichte und hoher Festigkeit mit kleiner Dimensionsänderung erhalten.
Fig. 4 zeigt den Widerstand gesinterter Körper. Eine leitende Keramik, zu der leitendes Keramikpulver hinzugefügt ist, verringert seinen Widerstand, wenn die Menge an Zusatz zunimmt. Der Widerstand eines Sinterkörpers, zu dem 70 Vol.-% TiN oder ZrN zugesetzt sind, liegt in der Größenordnung von 10&supmin;&sup5; µm, was anzeigt, daß er zur Verwendung bei den leitenden Segmenten des Kommutators von Fig. 1 geeignet ist.
Der Widerstand eines Sinterkörpers, zu dem isolierendes Keramikpulver hinzugesetzt ist, liegt in der Größenordnung von ungefähr 10¹² µm, was als Isolierwiderstand ein großer Wert ist, so daß er zur Verwendung als Material für die isolierenden Segmente 4 des Kommutators von Fig. 1 geeignet ist.
Fig. 5 zeigt den Wärmeexpansionskoeffizient eines Sinterkörpers. Der Wärmeexpansionskoeffizient eines Sinterkörpers ist beinahe eine gerade Linie, die die Si&sub3;N&sub4;-Matrix mit dem Wärmeexpansionskoeffizient jedes zugesetzten Elements verbindet, und die Wärmeexpansionskoeffizienten eines Leiters und eines Isolators können dadurch zur Übereinstimmung gebracht werden, daß die Menge an verwendetem Zusatz optimiert wird.
Die Matrix aus leitender Keramik und isolierender Keramik ist Si&sub3;N&sub4;, und das Si&sub3;N&sub4; im Leiter und im Isolator verbinden sich miteinander, so daß das leitende und das isolierende Material gleichzeitig gesintert ("gemeinsam gebrannt") werden können. Demgemäß besteht keine Gefahr von Haarrißbildung oder Rißbildung beim Sintern, da die Wärmeexpansionskoeffizienten gleich sind. Aus diesem Grund entsteht selbst dann, wenn ein gesinterter Kommutator während des Betriebs erwärmt wird, keine Aufrauhung an der Oberfläche des Kommutators. Demgemäß kann ausgezeichnete Gleichrichtungsfunktion aufrechterhalten werden, da die Wärmeexpansionskoeffizienten der isolierenden und leitenden Segmente 4, 5 gleich sind.
Die meisten isolierenden Keramikmaterialien mit Dielektrizitätseigenschaft sowie Materialien mit hoher Dielektrizität enthalten Titanoxid-, Nioboxid- und Tantaloxidmaterialien. Jedoch können diese Materialien normalerweise nicht unmittelbar als Material für das isolierende Kommutatorsegment 4 verwendet werden. Dies, da sich die Herstellverfahren und Sinterverfahren dieser Materialien unterscheiden, so daß auf Grund einer Kontraktion beim Sintern und beim Verbinden mit dem leitenden Material Schwierigkeiten auftreten können, wenn ein gemeinsames Brennen mit leitenden Segmenten erfolgt. Aus diesem Grund wird ein starkes dielektrisches Material pulverisiert, mit Si-Pulver vermischt und so gesintert, wie es oben beschrieben wurde. Diese gesinterte Substanzmatrix besteht aus Si&sub3;N&sub4;, wobei der Wärmeexpansionskoeffizient durch Zugabe einer geeigneten Menge einer dielektrischen Substanz eingestellt werden kann, um es dadurch zu ermöglichen, sicher eine dielektrische Substanz zu erhalten. Obwohl das Material, zu dem eine dielektrische Substanz zugegeben ist, eine kleinere Dielektrizitätskonstante als eine rein dielektrische Substanz aufweist, verfügt es über eine höhere Dielektrizitätskonstante als andere isolierende Materialien.
Demgemäß können durch Zugabe eines geeigneten Materials zum Herstellen der isolierenden Segmente 4 diese Segmente 4 als Kondensatoren zwischen den leitenden Segmenten 5 wirken. Durch geeignete Auswahl der Dielektrizitätskonstante, der Fläche (in einer Ebene radial zum Kommutator, d.h. rechtwinklig zur Papierebene in Fig. 1) und der Dicke (in der Umfangsrichtung, d.h. in der Papierebene in Fig. 1) kann die Kapazität des Kondensators so ausgewählt werden, daß sie einen geeigneten Wert aufweist. Die Kapazität C ist durch die folgende Gleichung gegeben:
C = k &epsi; A / D,
wobei k eine Konstante ist,
&epsi; die Dielektrizitätskonstante des Materials ist,
A die Fläche ist und
D die Dicke ist.
Wie es bereits angegeben wurde, ist der spezielle Wert für die Kapazität C wie für eine vorgegebene Vorrichtung wie einen Motor erwünscht, nicht theoretisch herleitbar, sondern muß auf empirischer Basis ermittelt werden. In der Praxis, und gemäß der Erfindung, sollte die Dielektrizitätskonstante &epsi; mindestens 10, bevorzugter mindestens 20 sein. Aus der obigen Gleichung erscheint es auch möglich zu sein, die Kapazität durch Verringern der Dicke D des durch jedes isolierende Element 4 gebildeten Kondensators zu erhöhen. In der Praxis kann jedoch, wenn die Dicke D unter eine Grenze verringert wird, die erneut von den Umständen abhängt (einschließlich der an den Kommutator angelegten Spannung) ein geeigneter Isoliereffekt aufhören zu existieren, wodurch der Kommutator nicht arbeitet. Ferner verhindert eine zu hohe Kapazität C aus bestimmten Gründen ebenfalls den Betrieb des Kommutators, weswegen normalerweise ein geeigneter Kapazitätsbereich existiert.
Diese Faktoren sind in der Tabelle 1 veranschaulicht, die den Effekt verschiedener Werte der Dielektrizitätskonstante &epsi;, der Fläche A und der Dicke D zeigt. Die in der Tabelle 1 gezeigten Werte wurden auf Grundlage von Messungen an einer elektrischen Bohrmaschine mit einem Keramikkommutator hergeleitet. Die leitenden Segmente des Kommutators bestanden aus TiN. Si&sub3;N&sub4; und das Material der isolierenden Segmente wurden so variiert, wie es in der Tabelle 1 gezeigt ist. Der Kommutator verfügte über Segmente, die so angeordnet waren, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, und der Kommutator hatte einen Außendurchmesser von 30 mm. Die Bohrmaschine hatte Nennwerte von 200 V und 1 kW, und Störsignalmessungen wurden in 1 m ausgeführt.
Ferner können, wie oben angegeben, viele verschiedene isolierende Keramikmaterialien zum Herstellen der isolierenden Segmente 4 verwendet werden. Im allgemeinen werden diese Materialien so gewählt, daß sie eine hohe Dielektrizitätskonstante &epsi; aufweisen. Jedoch kann es, wie oben angegeben, erforderlich sein, diese Materialien mit einer Matrix aus Si&sub3;N&sub4; zu vermischen, um eine geeignete Verbindung mit dem Material der leitenden Segmente 5 zu erzielen. Geeignete Materialien mit hoher Dielektrizitätskonstante &epsi; sind in der Tabelle 2 angegeben. TABELLE 1 TABELLE 1 (Fortsetzung)
Hinweis: Elektrische Störsignale unter 65 dB sind für Handelsgebrauch annehmbar. TABELLE 2 Dielektrizitätskonstante von Materialien
Obwohl bei der Grundstruktur eines Kondensators eine dielektrische Substanz zwischen zwei leitende Platten eingebettet ist, weist ein Kommutator einen Aufbau auf, bei dem ein Isolator zwischen Leiter eingebettet ist. Unter Verwendung von aus Si&sub3;N&sub4; und einer dielektrischen Substanz bestehenden Mischkeramik wird ein Kommutator mit einer Reihe von Kondensatoren erhalten. Andererseits kann die Kapazität jedes Kondensators nicht als spezieller Wert bestimmt werden, da die optimale Kapazität abhängig von der Spezifikation der sich drehenden Maschine variiert. Es ist erforderlich, die spezielle Kapazität zu bestimmen, die die beim Gleichrichtvorgang induzierte Spannung abhängig von den Eigenschaften der sich drehenden Maschine auffängt.
Daher ermöglichen die Materialien und das Herstellverfahren, wie oben angegeben, die Herstellung eines mit einem Kondensator versehenen keramischen Kommutators.

Ausführungsbeispiel 2

In einem Standardkommutator sind ein Leiter (Kupfer) und ein Isolator (Glimmer, Harz) abwechselnd entlang dem Umfang angeordnet und ein isolierender Ring ist im Zentrum angebracht. Demgemäß umfaßt der Kommutator einen Leiter und einen Nichtleiter auf einem zentralen Träger 20 (siehe Fig. 1). Ein Keramikkommutator mit einem derartigen Aufbau kann dadurch hergestellt werden, daß der Wärmeexpansionskoeffizient eines Leiters mit dem eines Isolators zur Übereinstimmung gebracht wird, wenn die Dimensionsänderungsraten beim Sintern klein sind.
Um einen Leiter und einen Isolator gemeinsam zu brennen, werden als erstes die einzelnen Abschnitte 4, 5, 6 des Kommutators geformt und dann werden die einzelnen Teile an ihren jeweiligen, der Endform des Kommutators entsprechenden Positionen angeordnet und unter Verwendung eines Formwerkzeugs bei einem Formungsdruck von 100 MPa und einer Formungstemperatur von 160 ºC gepreßt. Ein Pulvergemisch-Formungsmaterial aus Si und Al&sub2;O&sub3;, das auf dem den zentralen Träger bildenden Isolierring angebracht wird, und das Pulvergemisch-Formungsmaterial eines Leiters (Pulvergemisch aus Si und Nitrid oder Carbid) und eines Isolators (Pulvergemisch aus Si und einem Oxid oder einer dielektrischen Substanz) werden abwechselnd auf dem Umfang angebracht. In diesem Fall kann dasselbe Verfahren, wie es oben angegeben ist, dazu verwendet werden, ein Formerzeugnis zu verkleinern und zu sintern, um den Kommutator herzustellen. Der dann erhaltene Kommutator weist auf Grund des Sintervorgangs eine geringe Dimensionsänderung auf und er ist frei von Haarrißbildung und Rißbildung zwischen dem Leiter und dem Isolator.

Ausführungsbeispiel 3

Der in Fig. 6 dargestellte Kommutator weist beinahme dieselbe Form wie der aktuelle Kommutator auf und der Gesamtkörper besteht aus Keramik. Zur Konfiguration gehört ein zentraler Träger in Form eines Isolierrings 6 (Keramik aus Si&sub3;N&sub4; und Al&sub2;O&sub3;) in der Mitte, und leitende Segmente 4 (Verbundkeramik aus Si&sub3;N&sub4; und leitendem Nitrid oder leitendem Carbid) und Isolatoren (Mischkeramik aus Si&sub3;N&sub4; und einer dielektrischen Substanz) sind abwechselnd um den Umfang des Rings angeordnet. Normalerweise ist eine Metallwelle 21 innerhalb des Isolierrings 6 vorhanden. Demgemäß bilden der Isolierring 6 und die Metallwelle 21 den zentralen Träger 20.
Die Konfiguration des oben angegebenen Keramikkommutators verfügt über eine Verbundkeramik aus Si&sub3;N&sub4; und einer dielektrischen Substanz, die durch Leiter eingebettet wird, und sie dient als Kondensator, weswegen ein Kondensator enthaltender Kommutator vorliegt.
In Fig. 4 unterscheidet sich das Material des Isolierrings 6, der die zentrale Welle 21 umgibt, vorzugsweise von dem, das die isolierenden Segmente 4 bildet. Der Grund hierfür ist, wie bereits angegeben, derjenige, Ströme zu verhindern, die zwischen der zentralen Welle 21 (normalerweise leitend) und den leitenden Segmenten 5 fließen. Die zwischen die zentrale Welle 21 und die leitenden Segmente 5 gelegte Wechselspannung kann hochfrequente Oberwellen aufweisen, die bewirken können, daß ein Strom fließt, wenn durch das Material des isolierenden Rings 6 zwischen der zentralen Welle 21 und den leitenden Segmenten 5 ein Kondensator gebildet ist. Daher sollte die Dielektrizitätskonstante &epsi; des den Isolierring 6 bildenden Materials klein sein, vorzugsweise 10 oder kleiner. Es ist auch erwünscht, daß der spezifische Widerstand des den Isolierring 6 bildenden Materials größer als der spezifische Widerstand des die isolierenden Segmente 4 bildenden Materials ist.

Ausführungsbeispiel 4

Die optimale Kapazität der Kondensatoren eines erfindungsgemäßen Kommutators variiert abhängig von der Spezifikation einer sich drehenden Maschine. Da ein Leiter und ein Isolator in der Umfangsrichtung des Kommutators in Kommutatorsegmenten angeordnet sind, wird die Kommutatorform durch den Kommutatordurchmesser und den Widerstand des Kommutators bestimmt, weswegen es schwierig ist, eine geeignete Kapazität der Kondensatoren zu bestimmen, wie durch die Form der isolierenden Segmente 4 gebildet. Wenn die Kapazität der Kondensatoren durch die Form der isolierenden Segmente bestimmt wird, nimmt das Volumen jedes leitenden Segments ab, so daß es der Widerstand des in Fig. 4 dargestellten leitenden Materials nicht ermöglichen kann, daß der erforderliche Strom fließt, wodurch sich das Funktionsvermögen verschlechtert. Dann wird, zum Einstellen der Kapazität des Kondensators entsprechend der Funktion des Kommutators der Kondensator unter Berücksichtigung der Länge des Kommutatorsegments und dem Ort des Segments konzipiert. Nachfolgend wird eine Kommutatorform angegeben, die eine Auswahl der Kondensatorkapazität ermöglicht.
Beim in Fig. 7 dargestellten Kommutator ist ein Isolierring 6 (Verbundkeramik aus Si&sub3;N&sub4; und Al&sub2;O&sub3;) im Zentrum angebracht und leitende Segmente (Verbundkeramik aus Si&sub3;N&sub4; und einem leitenden Nitrid oder einem leitenden Carbid) sind um den Umfang des Isolierrings 6 herum angeordnet. Eine Verbundkeramik aus Si&sub3;N&sub4; und einer dielektrischen Substanz ist zwischen benachbarten leitenden Segmenten mit einer kürzeren Länge (in radialer Richtung) als der der leitenden Segmente angeordnet, während Segmente 7 aus einer isolierenden Verbundkeramik (Keramik aus Si&sub3;N&sub4; und Al&sub2;O&sub3;) zwischen den leitenden Segmenten 5 außerhalb der dielektrischen Substanz angeordnet sind. Im Ergebnis erstrecken sich die isolierenden Segmente 4 nicht bis zum Außenumfang des Kondensators, sondern ihre Länge in radialer Richtung ist so bestimmt, daß sie eine Fläche A aufweisen, die so ausgewählt ist, daß sich eine zufriedenstellende Kapazität C ergibt, wobei ihre Dielektrizitätskonstante &epsi; und die Dicke in Umfangsrichtung berücksichtigt sind. Die isolierende Keramik 7 verfügt über eine niedrigere Dielektrizitätskonstante &epsi; als die isolierenden Segmente 4, so daß sie zu keiner kapazitiven Wirkung führt.
Die Kapazität der Kondensatoren wird so bestimmt, daß die Form des Kommutators einer sich drehenden Maschine dadurch angepaßt wird, daß die Länge des Mischkeramiksegments 7 aus Si&sub3;N&sub4; und der durch die isolierenden Segmente 4 gebildeten dielektrischen Substanz eingestellt wird.
In Fig. 8 ist ein Isolierring 6 (Verbundkeramik aus Si&sub3;N&sub4; und Al&sub2;O&sub3;) im Zentrum angeordnet, und leitende Segmente 5 (Verbundkeramik aus Si&sub3;N&sub4; und leitendem Nitrid oder leitendem Carbid) sind am Umfang angeordnet und Segmente 7 aus isolierender Keramik (Verbundkeramik aus Si&sub3;N&sub4; und Al&sub2;O&sub3;) sind zwischen benachbarten leitenden Segmenten 5 mit kleinerer Länge als der der leitenden Segmente 5 eingebettet, während eine Mischkeramik aus Si&sub3;N&sub4; und einer dielektrischen Substanz in den restlichen Teilen angeordnet ist, um isolierende Segmente 4 auszubilden.
Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 8 bestehen die Segmente 7 vorzugsweise aus demselben Material wie der Isolierring 6. Demgemäß kann dieses Ausführungsbeispiel als gleichwertig mit einem solchen angesehen werden, bei dem der zentrale Ring einen großen Durchmesser aufweist (d.h., daß die Segmente 7 als Teil des zentralen Rings angesehen werden) und sich dann die leitenden Segmente 5 in den zentralen Ring 6 hinein erstrecken.
Die Kapazität der Kondensatoren wird so bestimmt, daß die Form des Kommutators einer sich drehenden Maschine durch Einstellen der Längen der Mischkomponentensegmente 7 aus Si&sub3;N&sub4; und der dielektrischen Substanz angepaßt wird, wie sie sich durch die isolierenden Segmente 4 am Umfang des Kommutators ergeben.
Fig. 9 zeigt einen Kommutator, der eine Kombination aus Fig. 7 und Fig. 8 ist, und Verbundkeramiken aus Si&sub3;N&sub4; und einer dielektrischen Substanz sind auf dem Umfang des zentralen Isolierrings 6 und am Rand des Kommutators angeordnet. So ist bei diesem Ausführungsbeispiel das isolierende Segment 4 nicht kontinuierlich vom Isolierring 6 bis zum Umfang des Kommutators ausgebildet, sondern es ist durch Segmente 7 aus isolierender Keramik mit niedrigerer Dielektrizitätskonstante &epsi; unterbrochen.
Die Kapazität des Kondensators wird so bestimmt, daß die Form des Kommutators einer sich drehenden Maschine durch Einstellen der Länge der Teile der Segmente 4 aus einer Verbundkeramik aus Si&sub3;N&sub4; und einer dielektrischen Substanz, die nahe dem Zentrum und am Umfang des Kommutators angeordnet sind, angepaßt wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 10 dargestellt, bei dem die axiale Länge der isolierenden Segmente 4 des dielektrischen Materials nicht mit der axialen Länge der leitenden Segmente 5 übereinstimmt. Stattdessen existiert das Material der isolierenden Segmente 4 aus dielektrischem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante &epsi; (&epsi; > 10) nur an den axialen Enden der Zwischenräume zwischen den leitenden Segmenten 5, und der zentrale Bereich enthält Segmente 7 aus isolierender Keramik (Verbundkeramik, z. B. die erörterten Materialien) mit niedrigerer Dielektrizitätskonstante &epsi;.
Erneut ermöglicht es diese Alternative, die Kapazität der durch die isolierenden Segmente 4 aus geeignetem dielektrischem Material gebildeten Kondensatoren abhängig von der sich drehenden Maschine auszuwählen, in der der Kommutator zu verwenden ist. Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 10 sind die isolierenden Segmente 4 aus dielektrischem Material auch in radialer Richtung begrenzt, so daß sich die Segmente 7 aus isolierender Keramik bis zu den axialen Enden des Kommutators benachbart zum Isolierring 6 erstrecken.

Ausführungsbeispiel 5

Beim in Fig. 11 dargestellten Kommutator umgibt ein Ring 8 aus einer Verbundkeramik aus Si&sub3;N&sub4; und einer dielektrischen Substanz den Umfang eines zentralen Isolierrings 6 (Verbundkeramik aus Si&sub3;N&sub4; und Al&sub2;O&sub3;), und ferner sind leitende Segmente 5 (Verbundkeramik aus Si&sub3;N&sub4; und leitendem Nitrid oder leitendem Carbid) und isolierende Segmente 7 (Verbundkeramik aus Si&sub3;N&sub4; und Al&sub2;O&sub3;) abwechselnd um den Umfang des zentralen Rings 6 angeordnet.
Demgemäß bildet das Ausführungsbeispiel von Fig. 11 keine Kondensatoren zum Unterdrücken von Stromimpulsen unter Verwendung isolierender Segmente mit geeigneter Dielektrizitätskonstante zwischen den leitenden Segmenten. Stattdessen bildet das isolierende Material mit geeigneter Dielektrizitätskonstante &epsi; (z. B. &epsi; größer als 10, vorzugsweise als 20) den Ring 8 radial innerhalb der leitenden Segmente 5. Daher bildet dieser Ring 8 einen Kondensator zwischen jedem Paar leitender Segmente, was einen ähnlichen Effekt wie bei den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen ergibt.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 11 ist die Durchmesserdicke des Verbundkeramikrings 8 aus Si&sub3;N&sub4; und einer dielektrischen Substanz so festgelegt, daß sich zwischen den leitenden Segmenten 5 Kapazitäten ergeben, die dazu ausreichen, Stromimpulse in der speziellen sich drehenden Maschine zu unterdrücken, für die der Kommutator vorgesehen ist.
In Fig. 11 weisen die isolierenden Segmente 7 eine kleinere Dielektrizitätskonstante &epsi; (z. B. &epsi; von zehn oder weniger) als der Ring 8 auf. Selbstverständlich ist es möglich, wie es in Fig. 12 dargestellt ist, die Ideen von Fig. 11 und voriger Ausführungsbeispiele dadurch zu kombinieren, daß isolierende Segmente 4 mit geeignet hoher Dielektrizitätskonstante &epsi; (aus einer Verbundkeramik mit geeigneter dielektrischer Wirkung) am Außenumfang eines Rings 8 aus ähnlichem Material angebracht werden. Das Ausführungsbeispiel von Fig. 12 sorgt dann für kapazitive Wirkung sowohl direkt zwischen den leitenden Segmenten 5, auf Grund der isolierenden Segmente 4, als auch radial innerhalb der leitenden Segmente 5, auf Grund des Rings 8.
Erneut werden die Abmessungen der isolierenden Segmente 4 und des Rings 8 so ausgewählt, daß die Kondensatoren zwischen den leitenden Segmenten 5 abhängig von der elektrischen Maschine, für die der Kommutator zu verwenden ist, eine geeignete Kapazität erhalten.

Ausführungsbeispiel 6

Fig. 13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das dem von Fig. 11 ähnlich ist, mit der Ausnahme, daß das isolierende Material mit geeignet hoher Dielektrizitätskonstante &epsi; in Form eines Rings 9 oder mehrerer vorliegt, die außerhalb der leitenden Segmente 5 liegen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind, wie es veranschaulicht ist, zwei derartige Ringe 9 an den axialen Enden des Kommutators vorhanden, jedoch ist es auch möglich, daß sich der Ring 9 über die vollständige axiale Länge des Kommutators erstreckt.
Demgemäß sind bei diesem Ausführungsbeispiel die leitenden Segmente 5 durch isolierende Segmente 7 aus z. B. demselben Material wie dem des zentralen Rings 6 getrennt, und die Dielektrizitätskonstante &epsi; der Segmente 7 und des zentralen Rings müssen nicht ausreichend groß dafür sein, daß sich kapazitive Wirkung ergibt. Stattdessen wird die kapazitive Wirkung zwischen den leitenden Segmenten 5 durch den Ring 9 mit geeignet hoher Dielektrizitätskonstante erzielt. Die Dielektrizitätskonstante &epsi; dieses Materials beträgt mindestens zehn vorzugsweise 20 oder mehr.
Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 13 können die zum Herstellen der verschiedenen Segmente und des Rings 9 verwendeten Materialien dieselben wie bei früheren Ausführungsbeispielen sein. Ferner sind die Abmessungen des Rings 9 so gewählt, daß die ausgebildeten Kondensatoren geeignete Kapazität erhalten. Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 14 ist die Verwendung von Ringen an den axialen Enden des Kommutators so modifiziert, daß diese Ringe Segmente aus leitendem Material 5 und Segmente aus isolierendem Material 4 mit geeignet hoher Dielektrizitätskonstante &epsi; aufweisen. So kann das Ausführungsbeispiel von Fig. 14 als dem Ausführungsbeispiel von Fig. 10 entsprechend angesehen werden, wobei sich jedoch die Segmente 7 nicht bis zum Umfang des Kommutators erstrecken. Alternativ kann dieses Ausführungsbeispiel als ein solches angesehen werden, bei dem ein Ring oder mehrere vorliegen, von denen jeder mehrere leitende Segmente 5 und mehrere isolierende Segmente 4 aufweist, die abwechselnd auf einem zentralen Träger angeordnet sind, der aus dem zentralen Ring 6, den isolierenden Segmenten 7 und den leitenden Segmenten 5 besteht. Erneut sind die Abmessungen der isolierenden Segmente 4 so ausgewählt, daß sich eine zweckdienliche Kapazität ergibt, und es können ähnliche Materialien verwendet werden, wie sie bereits beschrieben wurden.

Ausführungsbeispiel 7

Das in Fig. 15 dargestellte Ausführungsbeispiel modifiziert das Ausführungsbeispiel von Fig. 13 durch Anordnen von Platten aus isolierendem Material mit geeignet hoher Dielektrizitätskonstante &epsi; an den axialen Enden des Kommutators. Die Platten können in Form eines ringförmigen Abschnitts 10 vorliegen, so daß sich der zentrale Isolierring 6 bis zu den axialen Enden des Kommutators erstreckt. Alternativ liegen Segmente 5, 7 aus leitendem und isolierendem Material zwischen den ringförmigen Platten 10. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden geeignete Kondensatoren zwischen den leitenden Segmenten 5 an den axialen Enden des Kommutators auf Grund der ringförmigen Platten 10 gebildet, statt direkt zwischen den leitenden Segmenten 5 wie z. B. beim Ausführungsbeispiel von Fig. 4 oder radial innerhalb oder außerhalb, wie bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 11 und 13.
Die Abmessungen der ringförmigen Platten 10 können abhängig vom Verwendungszweck des Kommutators ausgewählt werden und es können ähnliche Materialien wie die bereits beschriebenen verwendet werden.
Fig. 16 zeigt eine Modifizierung des Ausführungsbeispiels von Fig. 15, bei der sich der zentrale Ring 6 in die axiale Platte 11 an einem Ende des Kommutators erstreckt, um dadurch das axiale Ende der Ringplatte 10 abzudecken. Erneut können ähnliche Materialien verwendet werden.

Ausführungsbeispiel 8

Fig. 15 zeigt, daß die Form eines Kommutators, dessen isolierende Segmente 4 zwischen leitenden Segmenten 5 angeordnet sind, dergestalt ist, daß der Kommutator an seiner Aussenfläche über Nuten 22 verfügt, d.h., daß sich die isolierende Segmente 4 nicht bis zur Außenfläche erstrecken. Der Kommutator 4 wird durch Kohlepulver kurzgeschlossen, wenn Kohlenstoffteilchen von der Kohlebürste an den isolierenden Segmenten 4 anhaften, wenn sich der Kommutator dreht. Demgemäß vermeidet dies das Ausführungsbeispiel von Fig. 15.
Wenn sich jedoch die isolierenden Segmente 4 (aus der Verbundkeramik aus Si&sub3;N&sub4; und der dielektrischen Substanz) zwischen den leitenden Segmenten 5 nicht bis zur Außenseite des Kommutators erstrecken, weist die Endfläche der leitenden Segmente benachbart zu den Nuten 22 einen scharfen Winkel auf, so daß die Kohlebürste stark abgenutzt werden kann, wenn sie mit dieser Kante in Kontakt kommt. So kann die Endfläche der leitenden Segmente 5 abgeschrägt oder abgerundet sein.
Die Idee des Bereitstellens von Nuten an der Außenfläche des Kommutators kann auf andere Ausführungsbeispiele angewandt werden.
Kommutatoren gemäß den oben erörterten Ausführungsbeispielen können durch das Schlickergußverfahren, das Gummidruckverfahren, das CIP-Verfahren, das HIP-Verfahren und das Extrusionsformverfahren als Alternativen zum oben detailliert beschriebenen Preßverfahren hergestellt werden.

Ausführungsbeispiel 9

Das isolierende Segment des oben erörterten, durch gemeinsames Brennen hergestellten Kommutators kann unter Verwendung eines Isolators hergestellt werden, der ein zugesetztes dielektrisches Pulver enthält. In diesem Fall ist die Dielektrizitätskonstante niedriger als die der dielektrischen Substanz selbst. Aus diesem Grund wird ein Kommutator erzeugt, dessen Segment eine größere Dielektrizitätskonstante aufweist. Als erstes wird ein Segment mit hoher Dielektrizitätskonstante durch Sintern hergestellt, und ein Formling für den Leiter wird durch das Verfahren des Ausführungsbeispiels 2 hergestellt, und dann wird, während der gesinterte Isolator und der geformte Leiter in ein Formwerkzeug eingesetzt sind, dieser Kommutator durch einen Formungsvorgang entsprechend dem Verfahren des Ausführungsbeispiels 2 hergestellt. Das Segment mit hoher Dielektrizitätskonstante wird trotz des angewandten Drucks nicht verformt, da es gesintert ist. Demgemäß wird das leitende Material länger als das Segment mit hoher Dielektrizitätskonstante geformt, so daß nur die leitenden Segmente bei Druckausübung verformt werden.
Obwohl die leitenden Segmente durch Wärme erweicht werden und beim Formvorgang integriert werden, ist es nicht einfach, sie mit den isolierenden Segmenten zu verbinden, so daß die Gefahr besteht, daß der Kommutator zerbricht, wenn er sich mit hoher Drehzahl dreht. Demgemäß können die Segmente 12 mit hoher Dielektrizitätskonstante Vorsprünge oder Vertiefungen erhalten, wie es in den Fig. 18(a) bis 18(b) dargestellt ist, um die Verbindung mit dem leitenden Segment zu erleichtern. Die Fig. 18(a) und (b) veranschaulichen eine Verbindung unter Verwendung von Vertiefungen, und die Fig. 18(c) und (d) veranschaulichen eine Verbindung unter Verwendung von Vorsprüngen. Die Fig. 16(a) bis (d) zeigen auch alternative Wege zum Verbinden der isolierenden Segmente 12 mit dem zentralen Ring 6. Die Anordnung von Fig. 18(a) erzielt dies durch Vertiefungen, die Anordnung von Fig. 18(c) durch Vorsprünge und die Anordnungen der Fig. 18(b) und (d) durch einen "T"-förmigen Teil am Ende der isolierenden Segmente 12.
Demgemäß wird, wenn die leitenden Segmente bei Erweichung durch Erwärmung unter Druck gesetzt werden, leitendes Material in den vorstehenden/vertieften Teil der isolierenden Segmente 12 mit hoher Dielektrizitätskonstante eingeführt, um die Verbindung zu erzielen, wodurch ein einstückiger Kommutator erzeugt wird. Da dafür gesorgt werden kann, daß der Wärmeexpansionskoeffizient der leitenden Segmente 5, 12 mit dem des Isolators übereinstimmt, erfolgt trotz Erwärmung keine Rißbildung oder Haarrißbildung an den Verbindungsstellen. Im Ergebnis besteht selbst bei schwacher Verbindungskraft keine Gefahr, daß der Kommutator bei Umdrehung mit hoher Drehzahl zerstört wird. Obwohl eine Differenz der Wärmeexpansion zwischen den isolierenden Segmenten 12 mit hoher Dielektrizitätskonstante und den leitenden Segmenten 5 zu Problemen führen kann, beträgt, wenn z. B. BaO TiO&sub2; für die isolierenden Segmente 12 verwendet wird, der Wärmeexpansionskoeffizient ungefähr 6 x 10&supmin;&sup6;/ºC, der mit dem Wärmeexpansionskoeffizient eines Leiters zur Übereinstimmung gebracht werden kann, wie in Verbindung mit Fig. 3 erläutert, weswegen kein Problem existiert.

Ausführungsbeispiel 10

Zusätzlich zum durch wie oben beschrieben durch gemeinsames Brennen hergestellten Kommutator ist es möglich, einen anderen Keramikkommutator dadurch herzustellen, daß leitende Segmente mit isolierenden Segmenten unter Verwendung eines Klebstoffs einstückig miteinander verbunden werden. Die isolierenden Segmente weisen so ausreichend hohe Dielektrizitätskonstante zum Ausbilden von Kondensatoren auf. Die Eigenschaft dieses Verfahrens ist es, daß dann, wenn die Kondensatoren isolierende Segmente sind, keine Verschlechterung der Eigenschaften der Kondensatoren auftreten, da keine Erwärmung erforderlich ist, so daß die Herstellung eines Kommutators ermöglicht ist, bei dem ein Leiter einheitlich mit einem Kondensator vorliegt.
Beim wechselseitigen Verbinden von Keramiken wird ein Kleber auf Keramikbasis (z. B. auf Basis von Aluminiumoxid, Zirconiumoxid, Cermet, Siliziumoxid oder einer Mischung hieraus) verwendet, und das Bindemittel diese Klebstoffs ist ein solches auf Phosphatbasis, das aushärtet, während die organische Substanz bei Erwärmung auf 300 bis 500 ºC entfernt wird. Die Wärmebeständigkeitstemperatur nach dem Verbindungsvorgang liegt über 1000 ºC, was die Wärmebeständigkeitstemperatur des Kommutators überschreitet. Da die Hauptkomponente des Klebstoffs aus Keramik besteht, besteht keine Schwierigkeit hinsichtlich der Abriebfestigkeit. Andererseits kann der Wärmeexpansionskoeffizient des keramischen Klebstoffs mit dem Wärmeexpansionskoeffizient des Keramikmaterials zur Übereinstimmung gebracht werden, da die Hauptkomponente aus Keramik besteht, so daß dann, wenn ein Leiter mit einem Isolator verbunden wird, keine Haarrißbildung oder Rißbildung auftritt, da hinsichtlich der Wärmeexpansion kein Unterschied besteht. Das Herstellverfahren erfordert es als erstes, jedes leitende Segment und jedes Kondensatorelement mit einer speziellen Form herzustellen und mit Klebstoff zu beschichten und sie dann in einen Kasten einzusetzen und durch Erwärmen unter Anwendung von Druck miteinander zu verbinden. Die Eigenschaften der Kondensatoren des Kommutators ändern sich nicht gegenüber denen vor der Integration, da die Erwärmungstemperatur niedrig ist, und demgemäß kann ein Kommutator mit gewünschter Kapazität von Kondensatoren hergestellt werden.
Die obige Beschreibung des Ausführungsbeispiels 10 geht davon aus, daß für den Leiter des durch einen Verbindungsvorgang herzustellenden Kommutators eine Keramik verwendet wird. Jedoch kann für den Leiter ein Metall oder eine Mischkeramik mit Metall verwendet werden, da die Verbindungstemperatur niedrig ist. Der Wärmeexpansionskoeffizient des Metalls oder der Mischkeramik mit Metall muß an den des die Kondensatoren bildenden isolierenden Material angepaßt sein, und als Metall oder Mischkeramik mit Metall, wie zu diesem Zweck zu verwenden, muß ein Metall, eine Legierung oder eine Mischkeramik mit Metall mit niedrigem Widerstand und niedrigem Wärmeexpansionskoeffizient ausgewählt werden.
Außerdem können Kondensatoren aus Papier, organischen Filmen und Keramik verwendet werden.
Die Kapazität der Kondensatoren kann auf ähnliche Weise wie bei denen bestimmt werden, die in den Fig. 6 bis 17 dargestellt sind.

Ausführungsbeispiel 11

Bei diesem Ausführungsbeispiel des Grundaufbaus jedes Kondensators sind zwei leitende Platten vorhanden, die einander unter Einfügung einer dielektrischen Substanz gegenüberstehen. Der Aufbau eines Kommutators, bei dem ein Isolator zwischen Leiter eingebettet ist, und eines Kondensators wird unter Verwendung einer Mischkeramik aus Si&sub3;N&sub4; und einer dielektrischen Substanz als Isolator erhalten. Ein anderer Weg besteht darin, einen Leiter 13 als Elektrode zwischen einem isolierenden Segment 4 mit dielektrischen Eigenschaften sowie ein leitendes Segment 5 anzuordnen, wie es in Fig. 19 dargestellt ist. Erneut muß das isolierende Segment 4 nicht aus Keramik bestehen, sondern es kann Papier oder ein organischer Film verwendet werden.

Ausführungsbeispiel 12

Die in den Fig. 6 bis 17 dargestellten Kommutatoren sind zylindrisch und sie richten Strom dadurch gleich, daß eine Bürste gegen eine radiale Außenfläche gedrückt wird. Jedoch ist es auch möglich, eine Bürste gegen die axiale Fläche zu drücken. Bei den in den Fig. 6 bis 17 dargestellten Kommutatoren können die Teile 4 bis 8 sowie 12 ohne Formänderung verwendet werden, und in den Fig. 11 und 12 muß die Bürste Kontakt mit dem Keramikring 6 aus Si&sub3;N&sub4; und dem nahe dem Zentrum vorhandenen Ring 8 aus einer dielektrischen Substanz vermeiden. Beim in Fig. 13 dargestellten Kommutator muß die Bürste den Keramikring 9 aus Si&sub3;N&sub4; und die dielektrische Substanz am Umfang des Kommutators vermeiden. Bei den in den Fig. 15 und 16 dargestellten Kommutatoren darf die ringförmige Platte 10 aus Si&sub3;N&sub4;-Keramik und einer dielektrischen Substanz oder die Platte 11 nur an einem axialen Ende des Kommutators vorliegen, so daß die Bürste das andere axiale Ende kontaktieren kann.

Ausführungsbeispiel 13

Ein durch Einbauen eines Kondensators von 3 nF zwischen leitende Segmente hergestellter Kommutator wurde mit einem herkömmlichen Kommutator verglichen. Beim herkömmlichen Kommutator nehmen elektrische Störsignale nahe 30 MHz im Verlauf der Zeit um mindestens 20 dB zu. Wenn die Oberfläche des getesteten Kommutators betrachtet wird, ist der Teil, in dem Funken auftreten, aufgerauht, und die Aufrauhung der Kommutatoroberfläche führt zur Störsignalerzeugung. Dagegen erzeugt ein erfindungsgemäßer Kommutator, der Kondensatoren enthält, weniger Störsignale, er erfährt keine zeitliche Änderung und er ist stabil. Außerdem kann realisiert werden, daß Fernseh- und Radiogeräte nicht durch Störsignale beeinflußt werden, wenn ein erfindungsgemäßer Kommutator mit einem Kondensator startet. Wenn die Oberfläche eines derartigen Kommutators auf dieselbe Weise wie beim herkömmlichen Kommutator betrachtet wird, kann festgestellt werden, daß an der Oberfläche keine Aufrauhung erzeugt ist und daß weniger Funken auftreten.

Ausführungsbeispiel 14

Durch Einführen einer Induktivität in einen erfindungsgemäßen, Kondensatoren enthaltenden Kommutator, um bei einer Drehzahl von 3000 U/Min. und bei einer Bürstenstromdichte von 20 A/cm² Funken zu erzeugen, kann ein Vergleich mit einem herkömmlichen Kommutator erfolgen. Im Ergebnis liegt, obwohl die Funken bei einem herkömmlichen Kommutator den Rang 7 oder 8 aufweisen, die Funkenanzahl bei einem erfindungsgemäßen, Kondensatoren enthaltenden Kommutator unter der Hälfte, was anzeigt, daß die Auswirkung des Kondensators groß ist.
Der Begriff "Rang" ist durch "Japanese Electronical Committee Standards" definiert.
Wenn der Spannungssignalverlauf gemäß dem durch Fig. 1 veranschaulichten Verfahren betrachtet wird, erfährt der erfindungsgemäße, Kondensatoren enthaltende Kommutator nur eine kleine Änderung der Spannung, da diese vom Kondensator aufgefangen wird, obwohl der Signalverlauf an einem Kommutator ohne derartige Kondensatoren stark ansteigt, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, was zu heftigen Funken führt.
Die Oberfläche von Keramikkommutatoren, an denen Funken künstlich erzeugt wurden, weist trotzdem keine Aufrauhung auf, so daß keine Verschlechterung der Gleichrichtungswirkung eintritt und die Oberfläche des Kommutators nicht deutlich abgenutzt ist. Obwohl die Oberfläche der einem Funken unterliegenden leitenden Keramik schwarz verfärbt sein kann, existiert, wenn die Rauhigkeit der Oberfläche eines Keramikkommutators vor und nach einem Test gemessen wird, keine beträchtliche Differenz und es werden keine Beschädigungen aufgefunden. Wenn der schwarz verfärbte Abschnitt im Detail untersucht wird, stellt sich heraus, daß er anhaftender Bürstenkohle entspricht. Ferner zeigt es sich, daß dieser anhaftende Kohlenstoff die Gleiteigenschaft der Bürste verbessert, den Abrieb der Kohlebürste verhindert und daher den Abrieb der Kohlebürste auf Grund der Kombination harter Keramik mit Kohlenstoff verhindert. Die Testbedingungen sind streng und Gleichrichtung bei normalen Spannungen und Strömen führt zu besseren Ergebnissen.
Da bei einem erfindungsgemäßen Kommutator Kondensatoren durch isolierende Segmente gebildet werden, verhindert dies die Erzeugung von Funken und verringert elektrische Störsignale, die zu Funkstörungen führen, und die Rauhigkeit der Kommutatoroberfläche kann verringert oder beseitigt werden, was die Betriebsdauer verlängert.
Die Anwendung von Keramik auf alle Materialien eines Kommutators gewährleistet Wärmebeständigkeit, Abriebbeständigkeit und geringes Gewicht. Keramik ist ein nicht brennbares Material (mit hohem Schmelzpunkt) und es ist unwahrscheinlich, daß es durch einen Bogen aufgeschmolzen wird im Vergleich mit einem herkömmlichen leitenden Segment (aus Kupfer), und es erfährt weniger Aufrauhung an der Oberfläche. Wenn Keramik in bezug auf eine Graphitbürste gleitet, kann zwar Abrieb der Graphitbürste vorhergesagt werden, da Keramik ein hartes Material ist, aber es findet sich hohe Abriebfestigkeit da Graphit an der Oberfläche des Kommutators anhaftet, was den Gleitvorgang der Bürste verbessert und den Abrieb derselben verringert. Die Dichte der Keramik selbst ist ungefähr 1/3 der von Kupfer, also des herkömmlichen Materials. So wirken, wenn Kupfer als Material einer sich drehenden Maschine verwendet wird, wenn die Drehung der Maschine nach einer solchen mit hoher Drehzahl angehalten wird, Trägheitskräfte, da der Kommutator selbst schwer ist. In diesem Fall kann die mit dem Rotor verbundene Verdrahtung verdrillt werden, was die Gefahr einer Unterbrechung oder eines Herausrutschens der Kommutatorbefestigung hervorruft. Jedoch kann ein aus Keramik bestehender Kommutator, wie gemäß der Erfindung vorgeschlagen, geringes Gewicht aufweisen, was diese Gefahr beseitigt oder verringert. Andererseits ermöglicht es die Integration eines kermamischen Leiters mit einem keramischen Kondensator, ein kompakt aufgebautes Erzeugnis zu liefern, das billig herstellbar ist, ohne daß ein Prozeß zum Positionieren einer Kondensatormontagevorrichtung und zum Verbinden hinzuzufügen ist.

Claims

1. Kommutator mit:

- einem zentralen Träger (20; 6, 8, 21);

- mehreren leitenden Segmenten (5) und

- mehreren isolierenden Segmenten (4), wobei die mehreren leitenden Segmente (5) und die mehreren isolierenden Segmente (4) abwechselnd um den Träger (20; 6, 8, 21) angeordnet sind; dadurch gekennzeichnet, daß

- die Dielektrizitätskonstante jeder der mehreren isolierenden Segmente (4) größer als 10 ist.

2. Kommutator nach Anspruch 1, bei dem die Dielektrizitätskonstante zumindest 20 beträgt.

3. Kommutator nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die leitenden Segmente (5) aus einem ersten Keramikmaterial bestehen.

4. Kommutator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierenden Segmente (4) aus einem zweiten Keramikmaterial bestehen.

5. Kommutator nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem jedes der mehreren isolierenden Segmente (4) TiO&sub2; enthält.

6. Kommutator nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem jedes der mehreren isolierenden Segmente (4) BaTixOy enthält.

7. Kommutator nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit isolierenden Segmenten (7), die um den Träger herum angeordnet sind, wobei die Dielektrizitätskonstante der weiteren isolierenden Segmente (7) kleiner als die der isolierenden Segmente (4) ist.

8. Kommutator nach Anspruch 7, bei dem die weiteren isolierenden Segmente (7) und die isolierenden Segmente (4) radial zueinander liegen.

9. Kommutator nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der zentrale Träger (20; 6, 8, 21) aus einem isolierenden Material besteht, das sich vom Material der isolierenden Segmente (4, 7) und vom Material der leitenden Segmente (5) unterscheidet.

10. Kommutator nach Anspruch 9, bei dem das isolierende Material (6) des zentralen Trägers (6, 8, 21) eine Dielektrizitätskonstante aufweist, die kleiner als diejenige des Materials der isolierenden Segmente (4) ist.

11. Kommutator nach Anspruch 9 in Abhängigkeit von Anspruch 7 oder Anspruch 8, bei dem das isolierende Material des zentralen Trägers (6, 8, 21) eine Dielektrizitätskonstante aufweist, die größer als die des Materials der weiteren isolierenden Segmente (17) ist.

12. Kommutator nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem das isolierende Material des zentralen Trägers (20; 6, 8, 21) einen spezifischen Widerstand aufweist, der größer als derjenige des Materials der isolierenden Segmente (4) ist.

13. Kommutator nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem der zentrale Träger (20; 6, 8, 21) einen zentralen Schaft (21) aus leitendem Material aufweist, wobei das isolierende Material (6, 8) diesen zentralen Schaft (21) umgibt.

14. Kommutator nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem sich die leitenden Segmente (5) in das isolierende Material (6, 8) des zentralen Trägers (20; 6, 8, 21) hinein erstrekken.

15. Kommutator nach einem der Ansprüche 8 bis 14, bei dem der zentrale Träger (20; 6, 8, 21) einen Ringbereich (8) aus demselben Material wie dem der isolierenden Segmente (4) aufweist, wobei dieses isolierende Material (6) innerhalb des Ringbereichs (8) liegt.

16. Kommutator nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem mindestens ein Körper (9, 10) aus einem weiteren isolierenden Material vorhanden ist, der die mehreren leitenden Segmente (5) miteinander verbindet.

17. Kommutator nach Anspruch 16, bei dem der Körper mindestens ein Ring (9) um die mehreren leitenden Segmente (5) herum ist.

18. Kommutator nach Anspruch 17, bei dem mindestens ein Ring (9) radial außerhalb der mehreren leitenden Segmente (5) liegt.

19. Kommutator nach Anspruch 16, bei dem mindestens ein Ring (10) axial zu den mehreren leitenden Segmenten (5) verläuft.

20. Kommutator nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei dem das weitere isolierende Material eine Dielektrizitätskonstante größer als 10 aufweist.

21. Kommutator nach Anspruch 20, bei dem das weitere isolierende dielektrische Material eine Konstante von mindestens 20 aufweist.

22. Kommutator nach Anspruch 20, bei dem der Körper (9, 10) aus einem Keramikmaterial besteht.