EP1157453A1 - Elektrische gleichstrom-maschine - Google Patents

Elektrische gleichstrom-maschine

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Publication number
EP1157453A1
EP1157453A1 EP00910728A EP00910728A EP1157453A1 EP 1157453 A1 EP1157453 A1 EP 1157453A1 EP 00910728 A EP00910728 A EP 00910728A EP 00910728 A EP00910728 A EP 00910728A EP 1157453 A1 EP1157453 A1 EP 1157453A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sliding contacts
rotor
direct current
commutator
commutators
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00910728A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Helmut Schiller
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Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP1157453A1 publication Critical patent/EP1157453A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K23/00—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
    • H02K23/26—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by the armature windings
    • H02K23/36—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by the armature windings having two or more windings; having two or more commutators; having two or more stators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K13/00—Structural associations of current collectors with motors or generators, e.g. brush mounting plates or connections to windings; Disposition of current collectors in motors or generators; Arrangements for improving commutation
    • H02K13/006—Structural associations of commutators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K13/00—Structural associations of current collectors with motors or generators, e.g. brush mounting plates or connections to windings; Disposition of current collectors in motors or generators; Arrangements for improving commutation
    • H02K13/10—Arrangements of brushes or commutators specially adapted for improving commutation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K23/00—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
    • H02K23/54—Disc armature motors or generators

Definitions

  • the invention relates to an electrical direct current machine with a rotor rotatably mounted in a housing, which has a plurality of electromagnets arranged at a distance from the axis of rotation, each with a coil winding on a coil core carrying one or more electrical conductors, the ends of the the coil-forming electrical conductors, each with associated contact elements, which together form a first commutator, are electrically conductively connected to a contact surface, on which sliding contacts that can be connected to at least one direct current source or at least one direct current consumer are pressed, and at uniform angular intervals pole faces of permanent magnets arranged on the inside of the housing end walls and opposite the end faces of the coil cores, each with opposite polarity successively opposite in the circumferential direction, each coil core with the associated
  • the coil winding forms a separately manufactured electromagnet component, which is held in a hub carrier which is connected to the shaft of the rotor in a rotationally fixed manner, the pole faces of the permanent magnets in the circumferential
  • Neten contact elements cover and in each case a pair of sliding contacts connected to the direct current source or the direct current consumer offset in the circumferential direction is provided a further pair of sliding contacts connected in reverse polarity to the direct current source (s) or direct current consumer and others a second commutator-forming double pairs of commutator sliding contacts with successively reversed polarity are provided connectable to the direct current source (s) or direct current consumer.
  • Such a DC machine (DE 197 21 215 AI) was developed by the applicant in a further embodiment of an older DC machine (DE 196 20 291 C2). In the known DC machines, they are considered to be parallel to
  • Rotor rotating axis of spring-loaded carbon brushes designed sliding contacts are arranged in opposite front housing covers and are printed on the front wall facing end edges of the radial sections of the conductor strips forming the winding of the electromagnet components, which thus form the two commutators.
  • the invention has for its object to develop the known DC machine so that it provides an even higher performance with a simplified structure.
  • this task is triggers that the first and the second commutator in the axial direction to the rotor and axially offset from one another are arranged on the rotor shaft in such a way that their contact surfaces assigned to the sliding contacts each lie radially outward on cylindrical enveloping surfaces, and that those measured in the axial direction
  • the width of the sliding contacts is selected so that they are pressed simultaneously on the contact surfaces of the two commutators adjacent in the axial direction.
  • sliding contacts that can be used jointly due to their width are provided here for the two commutators, ie the number of (widened) sliding contacts is halved.
  • the configuration is preferably such that the contact surfaces of the two commutators are each connected to coil windings of the electromagnet components of the rotor which are offset from one another in the circumferential direction of the rotor.
  • two groups of electromagnet components that are offset in the circumferential direction from one another are simultaneously supplied or discharged with direct current via each sliding contact.
  • the offset of the contact surfaces of the contact elements of the two commutators is selected in the circumferential direction at least by the amount of the angular distance between two permanent magnets which follow one another in the circumferential direction in the housing.
  • the two commutators are expediently arranged on the rotor shaft outside the end faces of the housing supporting the rotor. This makes it possible to shield the magnetic and electromagnetic part of the motor against the commutators, thus avoiding negative influences from electromagnetic fields in the area of the commutators.
  • the commutators are arranged on the end wall outside the housing, it is then advisable to arrange the two commutators in a separate cover provided on the housing on the end wall, the holder for the sliding contacts then also being able to be provided in or on the cover.
  • the commutators and sliding contacts are thus protected against environmental influences and, on the other hand, are easily accessible for maintenance purposes.
  • the cover and the associated end wall of the space formed in the housing can also be ventilated by attaching suitable ventilation openings in the cover, as a result of which abrasion of the sliding contacts (carbon brushes) and / or the commutator contact surfaces can be dissipated.
  • a cooling effect can be achieved, which can be formed by designing the hub area of the commutators as a fan wire or by an additional fan wheel within the cover so that the optimum temperatures for the commutator function prevail inside the cover.
  • Figure 1 is a longitudinal central section through a schematically illustrated DC machine according to the invention.
  • Fig. 2 is a view of the commutator
  • Fig. 3 is a view corresponding to the representation of Fig. 2 of a second Embodiment of a DC machine according to the invention.
  • FIG. 10 an embodiment of a DC machine according to the invention, designated in its entirety by 10, is shown in a schematic representation, which can be used as a motor and as a generator.
  • the machine 10 has a housing 12 which is relatively short in the axial direction in the special case and which is composed of two disk-like housing end walls 14a, 14b of relatively large diameter and the actual housing peripheral wall 16 which is practically converted into a cylindrical ring of relatively short length.
  • Housing end walls 14a, 14b and housing peripheral wall 16 are detachably connected to one another by housings or other fastening means (not shown).
  • through-openings 15a, 15b are provided in the center, which are configured in their interior area to have enlarged diameter bearing housings 20 for radial bearings 22, in which a shaft 24 passing through the through-openings 15a, 15b is rotatably mounted.
  • This shaft 24 carries the rotor 26 which is held on it in a manner fixed against relative rotation.
  • permanent magnets 28 are arranged at uniform angular distances radially outward as far as possible with the same radius with respect to the center axis of the housing.
  • the end walls 14a, 14b may each carry a total of twelve permanent magnets 28, which successively have opposite polarities in the circumferential direction.
  • the rotor 26 has a multiplicity of electromagnet components 30 initially produced as separate individual components, each of which has a coil core 32 designed as a disk made of soft magnetic material, via which a coil winding with several turns Nes metal wire are wound, which is suitably made of an electrically highly conductive copper alloy.
  • the metal wire is insulated from the coil core and adjacent components 30 in the area forming the winding on the coil core in the usual way - for example by a non-conductive coating.
  • the coil core 32 for its part is constructed from mutually insulated and packed transformer sheets for largely suppressing eddy currents.
  • each electromagnet component 30 The ends, not shown, of the metal wire forming the coil winding 34 of each electromagnet component 30 are guided radially inwards in the direction of the shaft and through a hub carrier 38 holding the electromagnet components to two in FIG. 1 on the left, from the end wall 14b led out end of the shaft 24 axially adjacent arranged commutators 18a, 18b.
  • Fig. 1 the connection of the contact elements of the commutators with two coils 34 of electromagnetic components 30 through the hub carrier 38 is indicated by dashed lines.
  • the electromagnet components 30 are held on the hub carrier by means of annular disks 36 made of electrically non-conductive material which hold the components 30 on opposite sides and which are fastened in a suitable manner to the hub carrier 38.
  • the commutators 18a, 18b are formed by a number, corresponding to the number of ends of the metal wires forming the coil winding 34, of successively electrically insulated contact elements 40 in the circumferential direction, which are arranged concentrically to the shaft 24, and their radially outer Form a common cylindrical envelope boundary surfaces contact surfaces 44 for sliding contacts 42, 50, to which a direct current source or a direct current consumer is not shown in the drawings is connected.
  • the commutators 18a, 18b are formed by a number, corresponding to the number of ends of the metal wires forming the coil winding 34, of successively electrically insulated contact elements 40 in the circumferential direction, which are arranged concentrically to the shaft 24, and their radially outer Form a common cylindrical envelope boundary surfaces contact surfaces 44 for sliding contacts 42, 50, to which a direct current source or a direct current consumer is not shown in the drawings is connected.
  • Sliding contacts 42, 50 are in a special case in a manner known per se by electrically conductive carbon brushes forms, which - in the manner illustrated in FIG. 2 - are arranged so as to be radially displaceable in brackets 46, which may be fastened on the outside of the end wall 14b of the housing 12.
  • the carbon brushes are pressed against the contact surfaces 44 by springs 48 which are under prestress.
  • the contact elements 40 are each connected in a manner not shown to an end section of the metal wire forming the coil winding 34 of the associated electromagnet component 30, groups of electromagnet components staggered in the circumferential direction from one another alternately to the commutators 18a and 18b are connected.
  • the commutators 18a arranged on the end of the shaft 24 leading out of the end wall 14b of the housing;
  • cover 52 which is only indicated schematically in FIG. 1 and which encloses the entire commutator arrangement in a space formed between the cover 52 and the outer end face of the end wall 14b.
  • the cover 52 is expediently designed to be easily detachably attachable to the end wall 14b.
  • commutator arrangement is to be ventilated for the purpose of cooling or also blowing out abrasion
  • corresponding ventilation openings can also be provided in the cover, additional measures also not shown in the drawing, for example the arrangement of a ventilation system Forced ventilation of the shaft 24 rotating fan wheel can also be implemented in the cover.
  • FIG. 3 An exemplary embodiment of the DC machine 10 according to the invention which is simplified with regard to the number of sliding contacts 42, 50 pressed onto the contact surfaces 44 of the contact elements 40 is illustrated in FIG. 3, which corresponds to the illustration in FIG. 2.
  • brackets 46 for four contact pairs in the exemplary embodiment according to FIG. 2
  • only two brackets 46 are provided here for one contact pair.
  • the contact elements 40 in FIG. 3 are each electrically connected in the manner indicated by the lines 56, only the electrical connection being shown in the drawing. fertilizing of four contact elements of the commutator is shown. It can be seen that in this exemplary embodiment, the brackets 46, which are only shown in broken lines in FIG.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc Machiner (AREA)
  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)

Abstract

Elektrische Gleichstrom-Maschine (10) mit einem in einem Gehäuse (12) drehbar gelagerten Rotor (26), der eine Vielzahl von mit Abstand von der Drehachse angeordneten Elektromagneten mit jeweils einer Spulenwicklung (34) auf einem einen oder mehrere elektrische(n) Leiter tragenden Spulenkern (32) aufweist. Die Enden der die Spule bildenden elektrischen Leiter sind mit insgesamt einen ersten Kommutator (18a) bildenden Kontaktelementen mit jeweils einer Kontaktfläche elektrisch leitend verbunden, auf denen an wenigstens eine Gleichstromquelle bzw. einen Gleichstrom-Verbraucher anschliessbare Schleifkontakte angedrückt sind. Der erste und der zweite Kommutator (18a, 18b) sind in Axialrichtung zum Rotor (26) und axial zueinander versetzt auf der Rotorwelle (24) derart angeordnet, dass ihre den Schleifkontakten (42; 50) zugeordneten Kontaktflächen jeweils radial nach aussen weisend auf zylindrischen Hüllflächen nebeneinander liegen, wobei die in Axialrichtung gemessene Breite der Schleifkontakte so gewählt ist, dass sie gleichzeitig auf den in Axialrichtung benachbarten Kontaktflächen der beiden Kommutatoren (18a; 18;b) angedrückt sind.

Description

Elektrische Gleichstrom-Maschine
Die Erfindung betrifft eine elektrische Gleichstrom-Maschine mit einem in einem Gehäuse drehbar gelagerten Rotor, der eine Vielzahl von mit Abstand von der Drehachse angeordneten Elektromagneten mit jeweils einer Spulenwicklung auf einem einen oder mehrere elektrische (n) Leiter tragenden Spulenkern aufweist, wobei die Enden der die Spule bildenden elektrischen Leiter mit jeweils zugeordneten, insgesamt zusammengenommen einen ersten Kommutator bildenden Kontakt - elementen mit jeweils einer Kontaktfläche elektrisch leitend verbunden sind, auf denen an wenigstens eine Gleichstromquelle bzw. wenigstens einen Gleichstrom-Verbraucher anschließbare Schleifkontakte angedrückt sind, und mit in gleichmäßigen Winkelabständen auf der Innenseite der Gehäuse-Stirnwände angeorndeten, den Stirnflächen der Spulenkerne gegenüberstehenden Polflächen von Permanentmagneten mit in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend jeweils entgegengesetzter Polarität, wobei jeder Spulenkern mit der zugehö- rigen Spulenwicklung ein gesondert hergestelltes Elektromagnet-Bauelement bildet, welche in einem mit der Welle des Rotors drehfest verbundenen Nabenträger gehaltert sind, die Polflächen der Permanentmagnete in Unfangsrichtung eine jeweils mehrere gegenüberliegende Spulenkerne überdeckende Erstreckung aufweisen, und die beiden jeweils einem radial außen liegenden Permanentmagneten zugeordneten Schleifkontakte des Kommutators sich in Umfangsrichtung soweit erstrecken, daß sie die Kontaktflächen von jeweils etwa der Hälfte der einer Polfläche eines Permanentmagneten zugeord- neten Kontaktelemente überdecken und wobei jeweils auf ein Paar von an die Gleichstromquelle bzw. den Gleichstrom-Verbraucher angeschlossenen Schleifkontakten in Umfangsrichtung versetzt ein weiteres Paar von in umgekehrter Polari- tat an die Gleichstromquelle (n) bzw. Gleichstrom-Verbraucher angeschlossenen Schleifkontakten vorgesehen ist und weitere einen zweiten Kommutator bildenden Doppel-Paare von Kommutator-Schleifkontakten mit aufeinanderfolgend jeweils umgekehrter Polarität an die Gleichstromquelle (n) bzw. Gleichstrom-Verbraucher anschließbar vorgesehen sind.
Eine derartige Gleichstrom-Maschine (DE 197 21 215 AI) wurde vom Anmelder in weiterer Ausgestaltung einer älteren Gleichstrom-Maschine (DE 196 20 291 C2) entwickelt. Bei den bekannten Gleichstrom-Maschinen sind die als parallel zur
Rotor-Drehachse federnd angedruckte Kohlenbürsten ausgebildeten Schleifkontakte in gegenüberliegenden stirnseitigen Gehausedeckeln angeordnet und werden an die stirnwandzugewandten Stirnkanten der radialen Abschnitte der die Wick- lung der Elektromagnet-Bauelemente bildenden Leiterstreifen, welche also insgesamt die beiden Kommutatoren bilden, angedruckt .
In Versuchen hat sich gezeigt, daß diese Ausgestaltung der bekannten Gleichstrom-Maschine die angestrebten Vorteile gegenüber der alteren Gleichstrom-Maschine erbringt. Allerdings ist ihr Aufbau durch die Ausbildung der beiden Kommutatoren auf gegenüberliegenden Seiten des Rotors und die achsparallele Anordnung der als Kohlebürsten ausgebildeten Schleifkontakte aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Gleichstrom-Maschine so weiterzubilden, daß sie bei vereinfachtem Aufbau eine noch höhere Leistung erbringt.
Ausgehend von einer Gleichstrom-Maschine der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfmdungsgemaß dadurch ge- löst, daß der erste und der zweite Kommutator in Axialrichtung zum Rotor und axial zueinander versetzt auf der Rotor- Welle derart angeordnet sind, daß ihre, den Schleifkontakten zugeordneten Kontaktflächen jeweils radial nach außen weisend auf zylindrischen Hüllflächen nebeneinander liegen, und daß die in Axialrichtung gemessene Breite der Schleifkontakte so gewählt ist, daß sie gleichzeitig auf den in Axialrichtung benachbarten Kontaktflächen der beiden Kommutatoren angedrückt sind. Anstelle gesonderter Schleifkon- takte für jeden der beiden Kommutatoren werden hier für die beiden Kommutatoren also aufgrund ihrer Breite gemeinsam verwendbare Schleifkontakte vorgesehen, d.h. die Anzahl der (verbreiterten) Schleifkontakte wird also halbiert.
Dabei erfolgt die Ausgestaltung vorzugsweise so, daß die Kontaktflächen der beiden Kommutatoren jeweils an in Um- fangsrichtung des Rotors zueinander versetzte Spulenwicklungen der Elektromagnet-Bauelemente des Rotors angeschlossen sind. Über jeden Schleifkontakt wird also gleich- zeitig zwei in Umfangsrichtung zueinander versetzten Gruppen von Elektromagnet-Bauelementen Gleichstrom zu- bzw. abgeführt .
Die Versetzung der Kontaktflachen der Kontaktelemente der beiden Kommutatoren ist dabei in Umfangsrichtung wenigstens um das Maß des Winkelabstands zwischen zwei in Umfangsrich- tung im Gehäuse aufeinanderfolgenden Permanentmagneten gewählt .
Die beiden Kommutatoren sind dabei zweckmäßig außerhalb der Stirnflächen des den Rotor lagernden Gehäuses auf der Rotorwelle angeordnet. Dadurch ist es möglich, den magnetischen und elektromagnetischen Teil des Motors gegen die Kommutatoren abzuschirmen und so negative Einflüsse von elektromagnetischen Feldern im Bereich der Kommutatoren zu vermeide . Bei der Anordnung der Kommutatoren stirnwandseitig außerhalb des Gehäuses empfiehlt es sich, dann die beiden Kommutatoren m einer gesonderten stirnwandseitig auf dem Gehäuse vorgesehenen Abdeckung anzuordnen, wobei auch die Halterung für die Schleifkontakte dann in bzw. an der Abdeckung vorgesehen werden können. Die Kommutatoren und Schleifkontakte werden so gegen Umgebungseinflusse geschützt und sind andererseits für Wartungszwecke leicht zugänglich .
Falls erforderlich, kann der durch die Abdeckung und die zugeordnete Stirnwand des im Gehäuse gebildeten Raum auch durch Anbringung geeigneter Beluftungsoffnung m der Abdeckung auch belüftet werden, wodurch Abrieb der Schleif- kontakte (Kohlebürsten) und/oder der Kommutator-Kontaktflachen abgeführt werden können. Außerdem ist eine Kuhlwirkung erzielbar, die durch Ausbildung des Nabenbereichs der Kommutatoren als Geblaserader oder durch ein zusätzliches Geblaserad innerhalb der Abdeckung so ausbildbar ist, daß m- nerhalb der Abdeckung die für die Kommutatorfunktion optimalen Temperaturen herrschen.
Die Erfindung ist m der folgenden Beschreibung von zwei Ausfuhrungsbeispielen in Verbindung mit der Zeicnnung naher erläutert, und zwar zeigt:
Fig. 1 einen Längsmittelschnitt durch eine schematisiert dargestellte erfindungsgemäße Gleichstrom-Maschine;
Fig. 2 eine Ansicht auf die kommutatorseitige
Stirnseite der Gleichstrom-Maschine bei abgenommener Abdeckung, gesehen m Richtung des Pfeils 2 in Fig. 1; und
Fig. 3 eine in der Darstellung der Fig. 2 entsprechende Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungs- gemäßen Gleichstrom-Maschine.
In den Zeichnungsfiguren ist ein in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnetes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gleichstrom-Maschine in schematischer Darstellung gezeigt, welche als Motor und als Generator einsetzbar ist. Die Maschine 10 weist ein im speziellen Fall in Axialrichtung relativ kurz bauendes Gehäuse 12 auf, welches sich aus zwei scheibenartigen Gehäuse-Stirnwänden 14a, 14b relativ großen Durchmessers und der praktisch zu einem zylindrischen Ring relativ geringer Länge umgestalteten eigentlichen Gehäuse- Umfangswand 16 zusammensetzt. Gehäuse-Stirnwände 14a, 14b und Gehäuse-Umfangswand 16 sind durch - nicht gezeigte - Gehäuse oder andere Befestigungsmittel demontierbar mitein- ander verbunden.
In den Stirnwänden 14a, 14b sind jeweils mittig Durchgangsöffnungen 15a, 15b vorgesehen, welche in ihrem gehäuseinneren Bereich zu im Durchmesser vergrößerten Lager- aufnahmen 20 für Radiallager 22 ausgestaltet sind, in denen ein die Durchgangsöffnungen 15a, 15b durchsetzende Welle 24 drehbar gelagert ist . Diese Welle 24 trägt den drehfest auf ihr gehalterten Rotor 26. Auf den inneren Stirnflächen der Gehäuse-Stirnwände 14a, 14b sind in gleichmäßigen Winkelab- ständen radial möglichst weit nach außen gesetzte Permanentmagneten 28 auf in bezug auf die Gehäuse-Mittelachse gleichen Radius angeordnet . So möge beispielsweise die Stirnwände 14a, 14b jeweils insgesamt zwölf Permanentmagneten 28 tragen, welche in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend jeweils entgegengesetzte Polarität haben.
Der Rotor 26 weist eine Vielzahl von zunächst als gesonderte Einzelbauteile hergestellten Elektromagnet-Bauelementen 30 auf, von denen jedes einen als Scheibe aus weich- magnetischem Material ausgebildeten Spulenkern 32 aufweist, über welchen eine Spulenwicklung mit mehreren Windungen ei- nes Metall -Drahts gewickelt sind, der zweckmäßig aus einer elektrisch hochleitfähigen Kupferlegierung hergestellt ist. Der Metall -Draht ist in den die Wicklung auf dem Spulenkern bildenden Bereich in üblicher Weise - z.B. durch eine nicht leitende Lackierung - gegen den Spulenkern und benachbarte Bauelemente 30 isoliert. Der Spulenkern 32 seinerseits ist zur weitgehenden Unterdrückung von Wirbelströmen aus gegeneinander isolierten und gepackten Transformatorblechen aufgebaut. Die nicht gezeigten Enden des die Spulenwicklung 34 bildenden Metall-Drahts jedes Elektromagnet-Bauelements 30 sind radial nach innen in Richtung zur Welle geführt und durch einen die Elektromagnet-Bauelemente halternden Nabenträger 38 zu zwei in Fig. 1 auf dem linken, aus der Stirnwand 14b herausgeführten Ende der Welle 24 axial benachbart angeordneten Kommutatoren 18a, 18b geführt. In Fig. 1 ist die Verbindung der Kontaktelemente der Kommutatoren mit zwei Spulen 34 von Elektromagnet-Bauelementen 30 durch den Nabenträger 38 hindurch gestrichelt angedeutet. Die Halte- rung der Elektromagnet-Bauelemente 30 am Nabenträger er- folgt im dargestellten Fall durch einerseits die Bauelemente 30 auf gegenüberliegenden Seiten halternden Ringscheiben 36 aus elektrisch nicht leitendem Material, welche in geeigneter Weise am Nabenträger 38 befestigt sind.
Die Kommutatoren 18a, 18b werden von einer der Anzahl der Enden der die Spulenwicklung 34 bildenden Metall -Drähte entsprechenden Anzahl von in Umfangsrichtung aufeinander folgenden elektrisch voneinander isolierten Kontaktelemen- ten 40 gebildet, die konzentrisch zur Welle 24 angeordnet sind, und deren radial äußere, auf einer gemeinsamen zylindrischen Hüllfläche liegenden Begrenzungsflächen Kontakt - flächen 44 für Schleifkontakte 42, 50 bilden, an denen eine in den Zeichnungen nicht dargestellte Gleichstromquelle bzw. ein Gleichstrom-Verbraucher angeschlossen ist. Die
Schleifkontakte 42, 50 werden im speziellen Fall in an sich bekannter Weise von elektrisch leitenden Kohlebürsten ge- bildet, die - in der in Fig. 2 veranschaulichten Weise - in Radialrichtung verschieblich in Halterungen 46 angeordnet sind, welche auf der Außenseite der Stirnwand 14b des Gehäuses 12 befestigt sein mögen. Durch unter Druckvorspan- nung stehende Federn 48 werden die Kohlebürsten in Anlage an die Kontaktflächen 44 gedrückt. Die Kontaktelemente 40 sind in jeweils nicht gezeigter Weise mit jeweils einem Endabschnitt des die Spulenwicklung 34 des zugeordneten Elektromagnet-Bauelements 30 bildenden Metall-Drahts ver- bunden, wobei in Umfangsrichtung zueinander versetzt Gruppen von Elektromagnet-Bauelementen jeweils abwechselnd an die Kommutatoren 18a bzw. 18b angeschlossen sind.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die in Axialrichtung gemes- sene Breite der die Schleifkontakte 42, 50 bildenden Kohlebürsten so gewählt ist, daß jede Kohlebürste gleichzeitig auf zugeordneten Kontaktflächen 44 benachbarter Kontaktelemente 40 der beiden Kommutatoren 18a, 18b aufgedrückt ist. Durch eine Winkelversetzung der Kommutatoren 18a, 18b in Umfangsrichtung ist es so möglich, mit jeweils einem
Schleifkontakt bzw. einer Kohlebürste zwei in Umfangsrichtung zueinander versetzten Gruppen von Elektromagnet-Bauelementen elektrisch mit der Gleichstromquelle bzw. einem Gleichstrom-Verbraucher zu verbinden. Dadurch ist es mög- lieh, die Zahl der Schleifkontakte gegenüber einer Konstruktion, bei welcher jedem Kommutator gesonderte Schleifkontakte zugeordnet sind, zu halbieren. Das vorstehend erläuterte Konzept der Verringerung der Anzahl von Schleifkontakten ist im Rahmen des Erfindungsgedankens noch da- durch weiter ausbaubar, daß zu den beiden Kommutatoren 18a, 18b ein dritter Kommutator hinzugefügt wird, dessen Kontaktelemente wiederum in Umfangsrichtung zu den beiden ersten Kommutatoren versetzt elektrisch an Gruppen von Elektromagnet-Bauelementen 30 angeschlossen sind. In diesem Fall ist dann ein in Axialrichtung weiter verbreiterter Schleifkontakt (Kohlebürste) gleichzeitig an den Kontaktflächen der Kontaktelemente von allen drei Kommutatoren angedrückt . Die Anzahl der erforderlichen Schleifkontakte verringert sich somit auf ein Drittel.
Die auf dem aus der Stirnwand 14b des Gehäuses herausge- führten Ende der Welle 24 angeordneten Kommutatoren 18a;
18b werden zweckmäßig durch eine in Fig. 1 nur schematisch angedeutete -Abdeckung 52 abgedeckt, welche die gesamte Kommutatoranordnung in einem zwischen der Abdeckung 52 und der äußeren Stirnfläche der Stirnwand 14b gebildeten Raum ein- schließt. Um Zugang zur Kommutatoranordnung zu ermöglichen, wenn beispielsweise Kohlebürsten 42 oder 50 infolge Verschleißes ausgetauscht werden müssen, wird die Abdeckung 52 zweckmäßig leicht lösbar an der Stirnwand 14b befestigbar ausgebildet .
Wenn die Kommutatoranordnung zum Zweck der Kühlung oder auch des Ausblasens von Abrieb belüftet werden soll, können in der Abdeckung auch entsprechende (nicht gezeigte) Belüftungsöffnungen vorgesehen sein, wobei durch in der Zeich- nung ebenfalls nicht gezeigte weitere Maßnahmen, beispielsweise die Anordnung eines sich mit der Welle 24 drehenden Lüfterrades in der Abdeckung auch eine Zwangsbelüftung verwirklichbar ist.
Ein bezüglich der Anzahl der auf die Kontaktflächen 44 der Kontaktelemente 40 aufgedrückten Schleifkontakten 42, 50 vereinfachtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Gleichstrom-Maschine 10 ist in Fig. 3 veranschaulicht, welche in der Darstellung der Fig. 2 entspricht. Anstelle von acht Halterungen 46 führ vier Kontaktpaare beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind hier nur zwei Halterungen 46 für ein Kontaktpaar vorgesehen. Um trotzdem alle in Umfangsrichtung versetzten Elektromagnet-Bauelemente mit elektrischem Strom der jeweils erforderlichen Polung anzu- steuern, sind die Kontaktelemente 40 in Fig. 3 in der durch die Leitungen 56 angedeuteten Weise jeweils elektrisch verbunden, wobei in der Zeichnung nur die elektrische Verbin- düng von vier Kontaktelementen des Kommutators gezeigt ist Die elektrischen Verbindungen der jeweils in Umfangsrichtung anschließenden Kontaktelemente 40 sind zugunsten besser Anschaulichkeit nicht dargestellt, d.h. hinzuzudenken. Es ist ersichtlich, dass bei diesem Ausführungsbei- spiel die in Fig. 3 nur noch gestrichelt dargestellten Halterungen 46 durch die geschilderte elektrische Zusammenschaltung von Kontaktelementen 40 entfallen können.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Elektrische Gleichstrom-Maschine (10) mit einem in einem Gehäuse (12) drehbar gelagerten Rotor (26) , der eine Vielzahl von mit Abstand von der Drehachse angeordneten Elektromagneten mit jeweils einer Spulenwicklung (34) auf einem einen oder mehrere elektrische (n) Leiter tragenden Spulenkern (32) aufweist, wobei die Enden der die Spule bildenden elektrischen Leiter mit jeweils zugeordneten, insgesamt zusammengenommen einen ersten Kommutator (18a) bildenden Kon- taktelmenten mit jeweils einer Kontaktfläche elektrisch leitend verbunden sind, auf denen an wenigstens eine Gleichstromquelle bzw. wenigstens einen Gleichstrom-Ver- braucher anschließbare Schleifkontakte angedrückt sind, und mit in gleichmäßigen Winkelabständen auf der Innenseite der Gehäuse-Stirnwände (14a, 14b) angeordneten, den Stirnflächen der Spulenkerne (32) gegenüberstehenden Polflächen von Permanentmagneten (28) mit in Umfangsrichtung aufeinander- folgend jeweils entgegengesetzter Polarität, wobei jeder
Spulenkern (32) mit der zugehörigen Spulenwicklung ein gesondert hergestelltes Elektromagnet -Bauelement (30) bildet, welche in einem mit der Welle (24) des Rotors (26) drehfest verbundenen Nabenträger (38) gehaltert sind, die Polflächen der Permanentmagnete (28) in Umfangsrichtung eine jeweils mehrere gegenüberliegende Spulenkerne (32) überdeckende Erstreckung aufweisen, und die beiden jeweils einem radial außen liegenden Permanentmagneten (28) zugeordneten Schleifkontakte des Kommutators sich in Umfangsrichtung so- weit erstrecken, daß sie die Kontaktflächen von jeweils etwa der Hälfte der einer Polfläche eines Permanentmagneten zugeordneten Kontaktelemente überdecken und wobei jeweils auf ein Paar von an die Gleichstromquelle bzw. den Gleichstrom-Verbraucher angeschlossenen Schleifkontakten (42) in Umfangsrichtung versetzt ein weiteres Paar von in umgekehrter Polarität an die Gleichstromquelle (n) bzw. Gleichstrom- Verbraucher angeschlossenen Schleifkontakten (50) vorgese- hen ist und weitere einen zweiten Kommutator (18b) bildenden Doppel-Paare von Kommutator-Schleifkontakten (42; 50) mit aufeinanderfolgend jeweils umgekehrter Polarität an die Gleichstromquelle (n) bzw. Gleichstrom-Verbraucher an- schließbar vorgesehen sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der erste und der zweite Kommutator (18a; 18b) in Axialrichtung zum Rotor (26) und axial zueinander versetzt auf der Rotor-Welle (24) derart angeordnet sind, daß ihre, den Schleifkontakten (42; 50) zugeordneten Kontaktflächen (44) jeweils radial nach außen weisend auf zylindrischen Hüllflächen nebeneinander liegen und daß die in Axialrichtung gemessene Breite der Schleifkontakte (42; 50) so gewählt ist, daß sie gleichzeitig auf den in Axialrichtung benachbarten Kontaktflächen der beiden Kommutatoren (18a; 18b) angedrückt sind.
2. Gleichstrom-Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen (44) der beiden Kommutato- ren (18a; 18b) jeweils an in Umfangsrichtung des Rotors
(26) zueinander versetzte Spulenwicklungen (34) der Elektromagnet-Bauelemente (30) des Rotors (26) angeschlossen sind.
3. Gleichstrom-Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Versetzung der Kontaktflächen (44) der Kontaktelemente (40) der beiden Kommutatoren (18a; 18b) in Umfangsrichtung um wenigstens das Maß des Winkelabstands zwischen zwei in Umfangsrichtung im Gehäuse aufeinander folgenden Permanentmagneten (28) gewählt ist.
4. Gleichstrom-Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kommutatoren (18a; 18b) außerhalb der Stirnwände (14a; 14b) des den Rotor (26) lagernden Gehäuse (12) auf der Rotorwelle (24) angeordnet sind.
5. Gleichstrom-Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kommutatoren (18a; 18b) in einer gesonderten, stirnwandseitig auf dem Gehäuse (12) vorgesehenen Abdeckung (52) angeordnet sind.
6. Gleichstrom-Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (46) für die Schleifkontakte (42; 50) in bzw. an der gesonderten Abdeckung (52) vorgesehen sind.
7. Gleichstrom-Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verringerung der Anzahl der in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordneten Paare von Kommutator-Schleifkontakten (42; 50) jeweils ein- ander zugeordnete in Umfangsrichtung zueinander versetzte
Kontaktelemente (40) elektrisch miteinander verbunden sind.
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