NL8602234A - Elektrische kommutatoren. - Google Patents

Description

N.0.34.054 1

Afsplitsing van Nederlandse octrooiaanvrage No. 7500333, ingediend dd. 10 januari 1975, t.n.v. NATIONAL RESEARCH DEVELOPMENT CORPORATION

5 Elektrische kommutatoren.

De uitvinding heeft betrekking op elektrische kommutatoren van het type dat wordt toegepast in dynamo-elektrische machines en betreft het 10 verschaffen van een kommutator, die in het bijzonder, maar niet uitsluitend wordt gebruikt bij elektrische borstels die uit koolstofvezels zijn gevormd.

De kontaktweerstand tussen koolstofvezels en verschillende elektrische geleiders variëren zeer uiteenlopend.

15 Een van de doeleinden van de uitvinding is het gebruik maken van de hoge weerstandseigenschap van bepaalde kontaktoppervlakken ter verbetering van de kommutatie.

Een kommutator volgens de uitvinding omvat paren, met elkaar verbonden segmenten, waarbij de afzonderlijke segmenten van een paar af-20 wisselend een lage kontaktweerstand en een hoge kontaktweerstand bezitten en de segmenten zodanig zijn geplaatst, dat een borstel achtereenvolgens in kontakt kan komen met de afzonderlijke segmenten van een paar.

De inrichting is zodanig, dat tijdens bedrijf de achterrand van 25 een koolstofvezelborstel kontakt maakt met een segment met hoge weerstand, terwijl de borstel van het ene segmentenpaar naar het volgende loopt, waardoor een grotere veranderingssnelheid van de stroom kan plaatsvinden in de gekommuteerde spoel.

De uitvinding is op gelijke wijze van toepassing bij kommutatoren 30 van het trommelvormtype als van het schijfvormtype.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van de tekeningen, waarop uitvoeringsvoorbeelden zijn weergegeven.

De figuren la en 1b tonen een kommutator ontworpen ter verbetering van de kommutatie met een koolstofvezelborstel in op elkaar volgende 35 posities; figuur 2 toont een konstruktie van een schijfkommutator overeenkomstig die van de figuren la en lb; figuur 3 toont een konstruktie van een trommelkommutator overeenkomstig die weergegeven in de figuren la en lb; 40 figuur 4 toont een gewijzigde konstruktie van een schijfkommutator 8302234 2 overeenkomstig die van figuur 2; en figuur 5 toont weer een andere konstruktie van een schijfkommuta- tor.

Figuur la en lb tonen een uitvoeringsvorm van de uitvinding, waar-5 bij met voordeel gebruik wordt gemaakt van de variërende elektrische kontaktweerstand van verschillende materialen. In de inrichting af geheeld in deze figuren bestaat de kommutator 5 uit een aantal segmentpa-ren, die met elkaar verbonden zijn, terwijl de afwisselende segmenten zijn gevormd van een materiaal, dat voor een borstel van koolstofvezels 10 een lage elektrische weerstand heeft. Deze segmenten zijn aangegeven met r. De tussenliggende segmenten zijn gevormd van een ander materiaal, dat een hoge elektrische weerstand heeft. Deze segmenten zijn aangegeven met R. De paren segmenten r en R zijn met elkaar verbonden en aangesloten op aftakkingen van een ankerwikkeling 6. De segmenten 15 van een paar zijn zo aangebracht dat wanneer een borstel 7 met een be-• paald paar segmenten kontakt maakt, de voorrand van een borstel kontakt maakt met het segment R met hoge weerstand, terwijl de achterrand kontakt maakt met het segment r met lage weerstand. Er is dus altijd een lage kontaktweerstand parallel aan een hoge kontaktweerstand, zodat het 20 spanningsverlies tussen een borstel en een aftakking van de ankerwikkeling laag is. Wanneer de borstel vooruit beweegt, maakt de voorrand van de borstel kontakt met het segment met lage weerstand van het volgende segmentenpaar en wordt kontakt met het segment van lage weerstand van het voorafgaande paar segmenten gebroken. Het grootste deel van de 25 elektrische stroom vloeit nu naar het volgende aftakpunt van de kommutator, zodat er aan de achterrand van de borstel, die aanligt tegen het segment met hoge weerstand dat verbonden is met het voorafgaande aftakpunt, een lagere stroom verbroken hoeft te worden. De positie van de borstel is aangegeven in figuur lb.

30 Het zal duidelijk zijn, dat bij de in figuur lb afgebeelde positie van de borstel, en wanneer de machine een wisselstroommotor is, er een in de gekommuteerde ankerspoel en door transformatorwerking geïnduceerde kringstroom ic vloeit. Deze stroomkring bevat een segment R met hoge weerstand van een kommutatorpaar en de kringstroom wordt daardoor 35 in grootte beperkt.

Een praktische konstruktie van een kommutator van het type, weergegeven in figuur la en lb, is afgebeeld in figuur 2 in de vorm van een schijfvormige kommutator 7 met de segmentparen 11 van elkaar gescheiden door isolatie 12 ongeveer in de vorm van spiralen, waarbij elk segment 40 van een paar is gevormd uit verschillende materialen korresponderend 3502234 Ξ > s* 3 met de materialen van de kommutator van figuur la en 1b, waarbij er aan de binnenzijde een segment 13 met lage weerstand en aan de buitenzijde een segment 14 met hoge weerstand is aangebracht. Wanneer de kommutator draait, komen de borstels 8 en 9 die er tegen aan liggen beurtelings in 5 kontakt met een segment 13 met lage weerstand en een segment 14 van hoge weerstand, en zullen zij gelijkmatig en geleidelijk overgaan van het ene paar segmenten naar het andere.

De konstruktie afgebeeld in figuur 2 kan worden gewijzigd ter verkrijging van een trommelvormige kommutator 10, zie figuur 3, in welk 10 geval de segmentenparen worden gescheiden door isolatie in de vorm van een schroeflijn. Materialen, die geschikt zijn voor de delen met hoge weerstand van de kommutatoren van figuur 2 en 3 moeten geschikt zijn voor de spanning van de machine en de grootte van de door de transformator werkende geïnduceerde spanning in de gekommuteerde ankerspoel.

15 Voorbeelden van geschikte materialen zijn zink en aluminium.

De grenzen tussen het segment met hoge weerstand en het segment met lage weerstand van het paar behoeven niet noodzakelijkerwijs de vorm te hebben van fig. 2 en 3. In bepaalde gevallen kan het wenselijk zijn de door de grenzen tussen de segmentparen gevolgde lijnen te ver-20 anderen zoals aangegeven in figuur 4.

De schijfvormige kommutator 20 van figuur 4 bestaat uit een aantal segmentparen 21. Elk segmentpaar 21 bestaat uit een segment 22 met lage elektrische weerstand en het segment 23 met hoge elektrische weerstand.

De borstels 24 liggen tegen de kommutator 20 aan en de draairichting 25 van de kommutator is zodanig, dat een borstel eerst kontakt maakt met een segment 22 met lage weerstand en vervolgens met een segment 23 met hoge weerstand. De grenzen tussen de paren segmenten zijn zo gevormd, dat het gedeelte van de borstel 24 dat kontakt maakt met een volgend segment geleidelijk toeneemt, terwijl het kontaktoppervlak wanneer de 30 borstel een voorlopend segment verlaat geleidelijk afneemt. Het is tevens duidelijk, dat tijdens de kommutatie een borstel kontakt maakt met het segment 23 met hoge weerstand van een voorop lopend segmentpaar en het segment 22 met lage weerstand van een achterlopend paar. De segmenten zijn tevens zo gevormd, dat ondanks de eindige breedte van de 35 borstels 24 het op geen enkel moment mogelijk is, dat een borstel in kontakt staat met meer dan twee segmentparen.

De segmenten 22 en 23 zijn vervaardigd van geschikte materialen, die een verschillende weerstand hebben. Zoals weergegeven in figuur 5 wordt bij een kommutator 30 soortgelijk aan de kommutator van figuur 4 40 voorzien van segmentparen 31 met segmenten 32 met hoge weerstand en 3302234 4 segmenten 33 met lage weerstand de hoge weerstandseigenschap van het segment 32 verkregen, door over het gehele oppervlak van het segment 32 gaten 34 aan te brengen. De segmenten 32 en 33 kunnen bestaan uit hetzelfde materiaal, zodat in dit geval de hogere weerstand van het seg-5 ment 32 geheel te wijten is aan de gaten 34, terwijl het ook mogelijk is het segment 32 te vervaardigen van een materiaal, dat een hogere weerstand heeft dan het segment 33.

Oppervlakken zoals van het segment 32 kunnen gemakkelijk worden verkregen door toepassing van bekende etstechnieken, die ook worden ge-10 bruikt bij het- vervaardigen van gedrukte schakelingen. De gaten 34 behoeven natuurlijk niet altijd cirkelvormig te zijn, en behoeven evenmin gelijkmatig over het oppervlak van het segment verdeeld te zijn.

Alhoewel er in figuur 4 en 5 schijfvormige kommutatoren zijn afgeheeld, is het ook mogelijk de in deze figuren getoonde konstrukties toe 15 te passen op trommelvormige kommutatoren.

3802234

Claims (6)

1. Kommutator, gekenmerkt door paren segmenten (R, r, of 13, 14 of 22, 23), die met elkaar verbonden zijn, waarbij de in- 5 dividuele segmenten van een paar afwisselend een lage kontaktweerstand en een hoge kontaktweerstand bezitten, terwijl de segmenten zo zijn geplaatst, dat een borstel gedurende de kommutatie gelijktijdig kontakt kan maken met een segment met lage weerstand van het ene paar en een segment met hoge weerstand van het aangrenzende paar. 10

2. Kommutator volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de segmenten van een paar gevormd zijn uit twee verschillende materialen, die verschillende elektrische kontaktweerstanden bezitten.

3. Kommutator volgens conclusie l,met het kenmerk, dat de segmenten (32) met hoge kontaktweerstand gebieden (34) omvatten met isolatie in de segmenten, zodat er in totaal een hoge kontaktweerstand naar een borstel wordt verkregen.

4. Kommutator volgens een van de conclusies 1 t/m 3, m e t het kenmerk, dat de segmenten zodanig zijn gevormd dat een borstel bij draaiende kommutator geleidelijk van het ene segment van een paar kan overgaan naar het andere segment van dit paar.

5. Kommutator volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de segmenten zo zijn gevormd, dat een borstel niet tegelijkertijd kontakt kan maken met meer dan twee segmenten (figuren 4 en 5).

6. Kommutator volgens een van de conclusies 1 t/m 4, m e t het 30 kenmerk, dat deze kommutator in zodanige richting kan roteren, dat een borstel eerst kontakt maakt met een segment met lage weerstand en vervolgens met een segment met hoge weerstand van een paar onderling verbonden segmenten. ***** 8302234