PL166980B1

PL166980B1 - Maszyna elektryczna pradu stalego PL PL PL

Info

Publication number: PL166980B1
Application number: PL90287408A
Authority: PL
Inventors: Harald E Blaettner; Richard F Uhen; Robert E Ellis; Eldon R Cunningham; Michael J Usher; Joseph E Miller
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1989-10-19
Filing date: 1990-10-19
Publication date: 1995-07-31
Also published as: MX169753B; WO1991006146A3; CS509590A3; HU907371D0; BR9006958A; JPH04502400A; DK0450005T3; ES2083461T3; RU2075151C1; DE69025317T2; IT9021809A1; DE69025317D1; EP0450005B1; IT9021809A0; HUT59514A; US5113104A; KR920702065A; WO1991006146A2; ATE134084T1; EP0450005A1

Abstract

1. Maszyna elektryczna pradu stalego zawierajaca korpus, oslone koncowa zamocowana do korpusu, pare lozysk umieszczonych w korpusie i oslonie koncowej oraz podtrzymujacych wal, magnesy trwale osadzone w korpusie, twornik oddzialywujacy magnetycznie z mag-- nesami trwalymi zawierajacy wal oraz komutator osa-- dzony na tym wale, zespól plytki szczotkowej umie- szczony w korpusie ze szczotkami, i elementami spre- zystymi dociskajacymi szczotki do komutatora, znamien- na tym, ze przynajmniej lozysko (60) umieszczone w oslonie koncowej (54) zawiera lozysko samonastawne (228) i koszyczek (230), przy czym lozysko samona- stawne (228) jest osadzone swobodnie na wale (32), a koszyczek (230) jest zamocowany w oslonie koncowej (54), a pomiedzy oslona koncowa (54) i korpusem (22) sa osadzone elementy izolujace (94) podtrzymujace zespól plytki szczotkowej (40) w korpusie (22), zas wokól kor- pusu (22) jest umieszczony i zamocowany do niego wspornik montazowy (64) z kolnierzem (246). PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest maszyna elektryczna prądu stałego, zwłaszcza silnik elektryczny.

Tradycyjnie w gałęziach przemysłu, w których używa się silników elektrycznych, jak na przykład w przemyśle motoryzacyjnym, przy każdym określonym zastosowaniu potrzebna jest znaczna ilość oddzielnych części, a niewiele jest takich części, które można równocześnie wykorzystać przy różnych zastosowaniach. Na przykład dla każdego modelu samochodu inne były silniki elektryczne, a w ramach poszczególnych modeli inne były silniki dla układu dmuchawy ogrzewanego powietrza, inne dla dmuchawy układu klimatyzacyjnego, inne dla modeli z napędem na przednie koła, a inne dla wentylatora chłodnicy.

Szczególnym tego przykładem w przemyśle motoryzacyjnym było stosowanie trzech części dla korpusu silnika elektrycznego, części podstawowej, części osłonowej tylnego końca i złożonej jednolitej kołnierzowej części mocującej końca przedniego. Wymagało to oddzielnych narzędzi dla każdego połączenia kołnierza części osłonowej w różnych zastosowaniach silnika, wymagających różnych ustawień osiowych kołnierza mocującego w stosunku do korpusu silnika. Urządzenia do wytwarzania złożonych jednolitych silników elektrycznych są dość drogie.

Tak więc w przemyśle motoryzacyjnym używano prawie taką samą ilość urządzeń do produkcji silników jak ilość zastosowań tychże silników. Powodowało to duże marnotrawstwo surowców, gdyż wymagało powtarzalnych krótkich serii produkcyjnych przy użyciu bardzo wielu narzędzi, tym samym podnosząc koszt jednostkowy produkcji wymaganej ilości różnych silników do poziomu, który stał się nie do przyjęcia. W związku z tym, w celu obniżenia kosztów i zmniejszenia trudności produkcyjnych pożądane jest opracowanie silnika o zminimalizowanej ilości części, który po drobnych zmianach w zakresie części i produkcji miałby jak najwięcej różnych zastosowań w motoryzacji, pracowałby z minimalnym hałasem, byłby trwały i charakteryzowałby się znacznie niższym jednostkowym kosztem produkcji.

Płytki zespołu szczotkowego silników elektrycznych i prądnic różnią się budową, ale zwykle obejmują skrzynki mieszczące szczotki, sprężyny dociskające szczotki do komutatora, przewody elektryczne doprowadzające prąd do szczotek, powierzchnię montażową, na której zamocowane są te elementy, a jednocześnie umożliwiającą przymocowanie całego zespołu do silnika w taki sposób aby szczotki ustawione były prawidłowo w stosunku do komutatora.

Trwałość użytkowa silników elektrycznych stosowanych w różnych urządzeniach, narzędziach, pojazdach samochodowych i wielu urządzeniach przemysłowych zależy od długości szczotki węglowej, szybkości zużywania się szczotku i - w przypadku szczotek wymiennych - od tego ile razy szczotki można wymienić zanim nastąpi zużycie komutatora.

Wiadomo, że szybkość zużycia szczotek zależy od obciążenia, prędkości silnika i - co ważniejsze - od nacisku sprężyny na szczotkę dzięki czemu zostaje ona dociskana do komutatora. Przy zbyt silnym nacisku sprężyny zużycie mechaniczne będzie nadmierne, na komutatorze wytworzy się warstewka o niepożądanych własnościach, a trwałość użyteczna szczotki ulegnie znacznemu zmniejszeniu. Z drugiej strony, przy zbyt słabym nacisku wyładowania łukowe spowodowane wysoką odpornością stykową jak również ścieranie mechaniczne wskutek podskakiwania szczotki także zmniejszają trwałość szczotki.

Typowy układ szczotkowy samochodowego silnika elektrycznego zawiera sprężynę śrubową opierającą się o szczotkę węglową, a oba te elementy są tak umieszczone w uchwycie skrzynkowym aby szczotka była dociskana do komutatora. Mimo iż konstrukcja ta jest powszechnie stosowana, to ma ona jednak ograniczenia. Chodzi o to, że nacisk sprężyny śrubowej jest funkcją jej ściskania lub rozciągania. Kiedy sprężyna jest nowa, a szczotki mają jeszcze swoją maksymalną długość, to sprężyna ma pełne sprężanie i wówczas nacisk jest najsilniejszy. Pod koniec okresu trwałości szczotki rozciągnięcia sprężyny jest największe, a docisk do komutatora słabszy od wymaganego. Tak więc, zależnie od ugięcia właściwego sprężyny, tylko część zużycia szczotki przypada na okres optymalnego nacisku sprężyny.

Tradycyjna sprężyna dociskowa szczotek silnikowych używanych w motoryzacji ma tendencje do wywierania siły o zmiennej wartości. Inaczej mówiąc, im silniej i dalej odciągnie się sprężynę do tyłu, tym mocniej naciska ona na powierzchnię oporową. Czyli, jeśli sprężynę odciągnie się na

166 980 niewielką odległość od jej położenia spoczynkowego, to sprężyna będzie wywierać nacisk na powierzchnię ze stosunkowo mniejszą siłą. Im dalej odciągnie się sprężynę z jej normalnego położenia spoczynkowego, z tym większą siłą sprężyna będzie oddziaływać na siłę ruchomą. Jednakże przy wywieraniu nacisku na szczotki znajdujące się na płytce zespołu szczotkowego pożądane jest aby podczas dociskania szczotki do komutatora oddziaływała na nią stała siła przez cały okres jej trwałości, a szczególnie po początkowym zużyciu.

Dodatkowy problem związany z tradycyjnymi sprężynami szczotek dociskowych w silnikach elektrycznych stosowanych w motoryzacji stanowi przestrzeń przez nie zajmowana. W korpusie silnika jest tylko tyle miejsca aby pomieścić wszystkie jego części. Tradycyjne sprężyny, takie jak sprężyny śrubowe, zajmują cenną przestrzeń w obszarze szczotek.

Jeśli chodzi o tradycyjną sprężynę śrubową o skończonej długości w położeniu ściśniętym i umieszczoną zazwyczaj w obsadzie szczotkowej znajduje się za szczotką, to z uwagi na przestrzeń potrzebną na pomieszczenie sprężyny w stanie ściśniętym, szczotka musi być krótsza w stosunku do długości obsady szczotkowej.

Pożądane jest więc opracowanie sprężyny, która charakteryzowałaby się nie tylko stałą siłą, ale również zajmowałaby możliwie jak najmniejszą przestrzeń, dzięki czemu możliwe byłoby zwiększenie rozmiarów szczotki i przedłużenie trwałości silnika.

W niektórych zastosowaniach, w celu usunięcia tych niedogodności stosuje się sprężynę taśmową zasadniczo zwiniętą jak sprężyna zegarowa, ustawioną tak że rozwija się w takim kierunku aby docisnąć szczotkę do komutatora. Ponieważ sprężyna taśmowa ma zasadniczo stałą siłę, można uzyskać idealny zakres nacisku przy jednoczesnym optymalnym kontakcie między szczotką a komutatorem przez cały okres trwałości szczotki.

Przy zastosowaniu sprężyny taśmowej zwoje zapewniające siłę sprzęgającą są zamontowane na zewnątrz obsady szczotkowej, po dowolnej je stronie, a tym..samym za szczotką znajduje się tylko krótki odcinek sprężyny taśmowej. Takie ustawienie zapewnia dodatkową przestrzeń dla dłuższej szczotki i tym samym przedłuża jej trwałość.

Przy konstrukcji obejmującej obsadę szczotkową i sprężynę taśmową powstały jednak problemy polegające na tym, że od czasu do czasu niewłaściwa trwałość szczotki spowodowana jest tym, iż ścianki ograniczające część uzwojenia sprężyny mają skłonność do utrudniania ruchu szczotki w skrzynce, co jest być może spowodowane drganiami przy ruchach szczotki w przód i w tył oraz rozwijającym ruchem obrotowym części zwojów sprężyny. Ruch szczotki może być również utrudniony przesuwaniem się części zwojów w tył i w przód oraz do wewnątrz, i na zewnątrz, jak również odkręcaniem się oprawki zwojów.

Jak wiadomo ważne jest aby szczotka zawsze podążała za komutatorem. Jednakże bez względu na to jak dobrze i dokładnie wykonany jest komutator, wał oraz powierzchnie nośne, w silniku występuje pewna mimośrodowość. W związku z tym bardzo ważne jest utrzymanie nie tylko nacisku sprężyny ale również pewnego stopnia swobody ruchu całego układu połączonego ze szczotkami.

W tradycyjnych konstrukcjach z zastosowaniem sprężyn taśmowych szczotki mają tendencję do uderzania o ścianki obsady szczotkowej i wleczenia się po dnie skrzynki, wskutek czego na tych powierzchniach zbiera się węgiel, kurz itp. ograniczając swobodę ruchu układu.

Obsady szczotkowe skonstruowane w celu wyeliminowania tych niedociągnięć, takie jak według patentu USA nr 4800 313 - Warner i in., obejmowały układ, w którym wyeliminowano tylną ściankę oprawki lub obsady szczotkowej i zamontowano co najmniej dwie półkoliste powierzchnie ustalające styki punktowe lub liniowe z każdą częścią zwojów sprężyny taśmowej.

Chociaż układ ten do pewnego stopnia znalazł wyjście z trudności związanych z zastosowaniem sprężyny taśmowej, nadal jednak istniała potrzeba uproszczenia układu obsady szczotkowej i sprężyny taśmowej, który: zwiększyłby trwałość szczotki poprzez zapewnienie zasadniczo stałej siły docisku szczotki do komutatora w chwili jej pełnego kontaktu z komutatorem; wyeliminowałby faktycznie zawieszenie się szczotki w obsadzie szczotkowej spowodowanego obecnością zanieczyszczeń takich jak resztki, węgiel, kurz itp., i umożliwiałby zwojom sprężyny taśmowej stosunkowo swobodne przewijanie się do położenia spoczynkowego bez utrudniania ich ruchu przez którąkolwiek z części obsady szczotkowej lub przez zanieczyszczenie powstałe wskutek ocierania się szczotki o komutator.

166 980

Jedna z popularnych konstrukcji płytki szczotkowej, szczególnie dla małych silników elektrycznych o mocy ułamkowej, wykorzystuje formowaną jednolitą płytkę szczotkową wykonaną z nieprzewodzącego elektrycznie tworzywa odpornego na wysokie temperatury. Element ten posiada obsady szczotkowe oraz różne otwory do mocowania jej do obudowy silnika oraz do wsunięcia wału twornika z przymocowanym komutatorem.

Źródłem hałasu w tradycyjnym małym silniku elektrycznym stosowanym w motoryzacji jest szczotka. W szczególności zaś znaczny hałas wytwarzany jest przy wzajemnym oddziaływaniu szczotki i komutatora, z przodu kształtu samej szczotki. Jednym ze źródeł hałasu jest krawędź szczotki zaczepiająca się o szczeliny komutatora, powodując nie tylko powstawanie hałasu ale również chwilowe wzrosty gęstości prądu gdy zaczepiając o szczelinę szczotka przeskakuje po komutatorze.

Dodatkowym źródłem hałasu w tradycyjnym silniku elektrycznym jest hałas przenoszony poprzez płytkę zespołu obsady szczotkowej na korpus silnika. Szczególnie przy sztywnym połączeniu między płytką a korpusem drgania wytwarzane między szczotką a komutatorem i przenoszone na płytkę, a następnie na korpus powodują powstawanie hałasu, którego poziom jest nie do przyjęcia. W związku z tym pożądane jest opracowanie takiego połączenia między płytką zespołu szczotkowego a korpusem, które zmniejszy i odizoluje drgania wytwarzane przy wzajemnym oddziaływaniu szczotki, i komutatora przenoszone na korpus.

W stosowanych dotychczas układach łożyskowych silników elektrycznych dla celów motoryzacyjnych używano powszechnie samonastawne łożyska znajdujące się pod wpływem siły sprężynującej dzięki licznym zapadkom ukształtowanym na metalowej obsadzie lub płytce ustalającej dociskowej do jego zewnętrznej powierzchni obwodowej. Jak wiadomo, moment nastawienia wymagany do samonastawienia kulek metalowych wzrasta odpowiednio do wzrostu wywieranej na zapadki siły sprężynującej. W związki z tym korzystne byłoby zmniejszenie siły sprężynującej oddziałującej na zapadki w celu zapewnienia płynnego przebiegu samonastawienia.

Jednakże po zmniejszeniu siły sprężynującej działającej na zapadki nie mogą one zadowalająco przeciwdziałać obciążeniu wywieranemu na metal kulek działającemu w kierunku promieniowym lub osiowym, wskutek czego podparcie nie jest niezawodne. Tak więc, korzystnie byłoby aby wywierana na metalową obsadę siła sprężynująca była mała, co pozoli zmniejszyć moment nastawny, a jednocześnie korzystne byłoby również aby siła ta była duża aby dostatecznie przeciwdziałać obciążeniu wywieranemu na metal kulek. Wynika z tego, że siła sprężynująca działająca na obsadę metalową powinna mieć dwie sprzeczne ze sobą cechy. Ponieważjednak tradycyjna obsada metalowa została tak skonstruowana, że każda z zapadek ma taką samą siłą sprężynującą, to nie może mieć jednocześnie dużej i małej siły sprężynującej.

Biorąc powyższe pod uwagę obecny stan rzeczy jeśli chodzi o obsadę metalową jest taki, że niezawodne podparcie wału jest uważane za sprawę ważniejszą, w pewnym stopniu kosztem płynnej samonastawności. W konsekwencji wzrasta wymagany dla metalu kulek moment nastawienia i trudno jest uzyskać pożądaną samonastawność. Inna wada polega na tym, że metalowa obsada jest tak montowana, że zapadki mają z góry określoną siłę sprężynującą, że ma ona wąski zakres regulacji i trudno jest ją zamontować we właściwy sposób.

Inne próby wyeliminowania tych niedogodności polegały na zapewnieniu urządzenia trzymającego dla samonastawnych kulek metalowych, których zewnętrzna powierzchnia obwodowa jest kulista, przy czym metalowa część kulkowa podtrzymywana jest przez metalową obsadę, a metalowa obsada ukształtowana jest z co najmniej dwoma rodzajami zapadek mających siłę sprężynującą o różnym natężeniu. Zapadki mające siłę sprężynującą o niższym natężeniu wchodzą w kontakt z zewnętrzną powierzchnią obwodową metalowej części kulkowej wcześniej niż zastawki mające siłę sprężynującą o wyższej intensywności co zapewnia sprężynujące podtrzymywanie metalowej części kulkowej.

Zapadki rozciągają się w kierunku promieniowym do wewnątrz obszaru znajdującego się w pobliżu zewnętrznej powierzchni obwodowej metalowej części kulkowej. Zapadki o niższym natężeniu siły sprężynującej i zapadki o wyższym natężeniu siły sprężynującej są umieszczone na przemian w obwodowym kierunku obsady metalowej.

Zwykle zapadki o wyższym natężeniu siły sprężynującej mają większą szerokość niż zastawki o niższym natężeniu siły sprężynującej. Alternatywnie, zapadki o wyższym natężeniu siły sprężynują166 980 7 cej mogą być grubsze od mających niższe natężenie siły sprężynującej, przy założeniu, że są one tej samej szerokości.

Koszyczki łożysk skonstruowane w opisany powyżej i ulepszony później sposób, przy czym siła sprężynująca wywierana na łożysko przez koszyczek działa słabo w czasie samonastawiania,a silnie gdy metalowa część kulkowa znajduje się pod obciążeniem skierowanym w kierunku osiowym, przedstawione są w patencie USA nr 4806025, wydanym 21 lutego 1989 Kamiyamie i in. Chociaż samonastawne łożyska opisane w powyższym patencie stanowiły postęp w stosunku do dotychczasowego stanu techniki, to jednak problemy związane z powtarzalnością i ilością siły potrzebnej do ustawienia łożysk w linii nadal pozostają nierozwiązane.

W tradycyjnych silnikach elektrycznych posiadających bieguny magneśnicy trwałej wprowadzane są momenty reluktancyjne w czasie ruchu obrotowego błądzących elementów pod biegunami. Moment reluktancyjny jest momentem zależnym od położenia i okresowym w stosunku do obrotu, występującym gdy twornik nie jest wzbudzony. Moment ten występuje wskutek wzajemnego oddziaływania na siebie pola magnesu trwałego i żłobków twornika. Z powodu tych żłobków reluktancja prądu magnetycznego jest różna w różnych punktach wokół twornika. Oznacza to, że energia magnetyczna w polu szczeliny powietrznej między biegunami a twornikiem jest równomierna we wszystkich punktach obwodowych wokół twornika. Wystąpienie momentu reluktancyjnego przejawia się tętnieniem, warkotem i nierównomiernością prędkości obrotowej, co jest niepożądanym zjawiskiem przy wszystkich prędkościach obrotowych, ale najbardziej zauważalnym i najbardziej niepożądanym przy niskich prędkościach. Czyniono uprzednio wysiłki w celu zredukowania momentu reluktancyjnego w silnikach prądu stałego poprzez, na przykład, zukosowanie żłobków twornika. Jednakże zukosowanie komplikuje proces produkcji twornika.

Zjawisko momentu reluktancyjnego występuje we wszystkich pobudzanych silnikach elektrycznych, w których zmiana szczeliny powietrznej jest funkcją ruchu obrotowego. Pożądane byłoby opanowanie momentu reluktancyjnego, przy jednoczesnym zmniejszeniu do minimum ilości części składowych niezbędnych do maksymalnego rozszerzania zakresu zastosowania, jak również zminimalizowanie kosztu wyrobu i procesu produkcji oraz złożoności tego procesu.

Innym problemem dotyczącym znanych dotychczas tradycyjnych silników elektrycznych, szczególnie tych stosowanych w chłodnicach samochodowych, jest trwałość. W szczególności silnik o pewnej konstrukcji ulegał zepsuciu po około 500 .godzinach użytkowania, co w przybliżeniu odpowiada 64.000 km przejechanych samochodem. Te znane dotychczas silniki elektryczne psuły się głównie wskutek zużycia szczotek. Tak więc, aby przedłużyć trwałość użytkową silnika elektrycznego o takim właśnie przeznaczeniu należy zwiększyć trwałość szczotek.

Innymi wadami znanych dotychczas silników elektrycznych stosowanych w chłodnicach samochodowych są uszkodzenia łożysk spowodowane prawdopodobnie wadliwym ich smarowaniem. Pożądane byłoby więc opracowanie układu smarowania lub układu łożysk dla silnika elektrycznego, który przedłużyłby trwałość układów łożysk.

Wyposażenie silnika elektrycznego w parę łożysk, zespół płytki szczotkowej, obsady szczotek, sprężyny dociskowe szczotek, wyłącznik i komutator oraz jego budowa są ogólnie znane, na przykład także z europejskiego opisu patentowego nr 224053 i francuskiego opisu patentowego nr 2271693. Z kolei w opisie ochronnym wzoru użytkowego nr Ru 27379 jest przedstawione rozwiązanie ułożyskowania silnika.

Istotą maszyny elektrycznej prądu stałego według wynalazku zawierającej korpus, osłonę końcową zamocowaną do korpusu, parę łożysk umieszczonych w korpusie i osłonie końcowej oraz podtrzymujących wał, magnesy trwałe osadzone w korpusie, twornik oddziaływujący magnetycznie z magnesami trwałymi zawierający wał oraz komutator osadzony na tym wale, zespół płytki szczotkowej umieszczony w korpusie ze szczotkami, i elementami sprężystymi dociskającymi szczotki do komutatora, jest to, że przynajmniej łożysko umieszczone w osłonie końcowej zawiera łożysko samonastawne, i koszyczek, przy czym łożysko samonastawne jest osadzone swobodnie na wale, a koszyczek jest zamocowany w osłonie końcowej, pomiędzy osłoną końcową, i korpusem są osadzone elementy izolujące podtrzymujące zespół płytki szczotkowej w korpusie, zaś wokół korpusu jest umieszczony, i zamocowany do niego wspornik montażowy z kołnierzem.

Korzystne jest, gdy zgodnie z wynalazkiem łożysko samonastawne i koszyczek są umieszczone w łożyskowym zespole mocującym osadzonym w osłonie końcowej przy jego otwartym końcu,

166 980 między koszyczek, i pierwszy łożyskowy zespół mocujący oraz między wspornik montażowy, i korpus jest wprowadzony klej, przy czym zespół płytki szczotkowej jest zamocowany pomiędzy osłoną końcową, i otwartym końcem korpusu, w zamkniętym końcu korpusu jest osadzony następny łożyskowy zespół mocujący, zaś pomiędzy osłoną końcową, i otwartym końcem korpusu w pobliżu zespołu płytki szczotkowej są osadzone przewody, które są dołączone do szczotek. Elementy izolujące są połączone sprężyście z płytką szczotkową zespołu płytki szczotkowej zawierającą co najmniej dwie obsady szczotkowe ze szczotkami, przy czym elementy sprężyste zawierają co najmniej dwie sprężyny dociskające z prawie stałą siłą szczotki do kumutatora, przy czym sprężyny stanowią sprężyny taśmowe. Dla każdej ze szczotek tylko jej część powierzchni roboczej styka się początkowo z komutatorem, przy czym szczotki mają początkowy punkt styku na w przybliżeniu symetrycznym torze z komutatorem a sprężyny wywierają dużą siłę początkową osadzania szczotek, długość powierzchni roboczej szczotek jest równa co najmniej szerokości jednego zęba twornika i jego dwóch szczelin, zaś płytka szczotkowa zawiera co najmniej cztery szczeliny w kształcie litery D, w których jest mocowana obsada szczotkowa, która osadzona jest na płytce szczotkowej dokładnie w linii względem komutatora przy zmniejszeniu do minimum naprężeń płytki szczotkowej. Płytka szczotkowa zespołu płytki szczotkowej zawiera co najmniej dwie obsady szczotkowe ze szczotkami, przy czym obsady szczotkowe są osadzone w linii szczotek względem zespołu płytki szczotkowej i komutatora.

Korzystne jest także, gdy zgodnie z wynalazkiem elementy izolujące stanowią oparcie dla części łączących osłony końcowej zawierającej wycięcie oraz są osadzone w wycięciach otwartego końca korpusu, w których jest następnie osadzona osłona końcowa, przy czym zamknięty koniec korpusu ma centryczny otwór i co najmniej jedną chłodzącą szczelinę powietrzną. Komutator zawiera wewnętrzny izolator z otworem, przyklejony do wału, zewnętrzną część przewodzącą elektrycznie z wieloma stykami, osadzoną na wewnętrznym izolatorze i przyklejoną do niego, przy czym rdzeń twornika jest przyklejony do wału, i zawiera uzwojenie połączone ze stykami komutatora.

Inne korzyści z wynalazku uzyskuje się, gdy z kolei łożysko samonastawne z koszyczkiem łożyska jest osadzone na pierwszym czopie łożyskowym wału w łożyskowym zespole mocującym, przy czym na wale jest umieszczony rdzeń twornika zbudowany z wielu warstw mających szczeliny i otoczony magnesami trwałymi, przekładka i komutator, komutator zawiera wewnętrzny izolator, i zewnętrzną część przewodzącą elektrycznie z wieloma stykami, przy czym wewnętrzny izolator jest przyklejony do wału pomiędzy drugim czopem łożyskowym, i rdzeniem twornika a zewnętrzna część przewodząca elektrycznie jest umieszczona w części rdzenia twornika, i dołączona do styków komutatora, ponadto maszyna zawiera co najmniej dwa odrzutniki oleju z częścią kubkową umieszczoną w pobliżu każdego końca wału, jeden w pobliżu przekładki, a drugi w pobliżu komutatora, część kompensującą luz osiowy umieszczoną pomiędzy częścią kubkową jednego z odrzutników oleju, i komutatorem, łącznik elektryczny dołączony do szczotek oraz następny łożyskowy zespół mocujący, w którym to zespole jest osadzone, na drugim czopie łożyskowym wału, znane łożysko samonastawne z koszyczkiem kolejnego łożyska, dalej maszyna zawiera część kompensującą drgania osiowe z podkładkami umieszczonymi pomiędzy każdym odrzutnikiem oleju, i łożyskiem oraz wiele różnych wsporników montażowych dołączonych do korpusu, przy czym każdy ze wsporników montażowych zawiera część montażową z otworem środkowym, i co najmniej dwa elementy montażowe oraz kołnierz z częścią górną, i częścią dolną, promień części górnej jest większy od promienia części dolnej, wewnętrzna powierzchnia kołnierza pomiędzy częścią górną a częścią dolną zwęża się stopniowo od maksimum promienia części górnej do minimum promienia części dolnej, przy czym część górna ma element ustalający, i gdy dowolny ze wsporników montażowych jest umieszczony na korpusie, kołnierz każdego ze wsporników montażowych tworzy zbiornik dla kleju, oddziaływującego z aktywatorem, nakładanego na wewnętrzną powierzchnię kołnierza, i zewnętrzną powierzchnię korpusu.

Komutator posiada wiele rozmieszczonych obwodowo szczelin, a powierzchnia robocza szczotek obejmuje powierzchnię styku współpracującą przynajmniej częściowo z zewnętrzną częścią przewodzącą elektrycznie komutatora i co najmniej jedna jej krawędź jest umieszczona przynajmniej w pobliżu powierzchni styku, przy czym powierzchnia styku przechodzi przynajmniej przez sąsiednią parę szczelin, i ta co najmniej jedna krawędź nie wchodzi w żadną ze szczelin. Każda

166 980 szczotka ma skośną krawędź w pobliżu powierzchni styku, która do krawędź ma kontur odpowiadający zewnętrznej części przewodzącej elektrycznie komutatora. Każdy z magnesów trwałych ma co najmniej dwa punkty styku z korpusem, przy czym pomiędzy każdym z magnesów trwałych i korpusem nie występuje żaden ruch wahliwy. Każdy z magnesów trwałych jest grubszy w części środkowej i zwęża się w kierunku jego końców. Szczelina powietrzna między magnesami trwałymi i rdzeniem twornika jest najmniejsza w środku każdego z magnesów trwałych i zwiększa się stopniowo w kierunku końców każdego z magnesów trwałych, przy czym każdy z magnesów trwałych posiada cylindryczne powierzchnie zewnętrzną i wewnętrzną określone względem różnych ognisk.

Zaletą maszyny elektrycznej prądu stałego według wynalazku, jest jej nowatorska konstrukcja pozwalająca na znaczne zminimalizowanie ilości części wykorzystanych w budowie maszyny, znajdującej różnorodne zastosowanie, łącznie z przemysłem motoryzacyjnym. Wyrób według wynalazku charakteryzuje się znacznie obniżonym poziomem wytwarzania hałasu w porównaniu do znacznych rozwiązań oraz posiada szereg ulepszeń wprowadzanych do części składowych, zapewniając w ten sposób jego dłuższą i niezawodną pracę.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania wynalazku, stanowiącym silnik elektryczny przeznaczony do zasilania wentylatora samochodowego, na podstawie załączonego rysunku, na którym fig. 1 przedstawia rzut perspektywiczny rozebranego na części silnika będącego realizacją niniejszego wynalazku w jednej z jego postaci, fig. 2A - przekrój części silnika, fig. 2B - częściowy przekrój z fig. 2A ilustrujący układ łożyska kulkowego wykorzystany w chłodzeniu silnika, fig. 3A - przekrój magnesu zastosowanego w układzie klimatyzacji, fig. 3B -przekrój poprzeczny magnesu zastosowanego w wentylatorze układu chłodzenia silnika, fig. 3C -przekrój poprzeczny magnesu zastosowanego w układzie ogrzewania, fig. 4A - przekrój części twornika, fig. 4B - widok od czoła wzdłuż linii A-A z fig. 4A, fig. 5 - widok z góry warstw twornika, fig. 6 - przekrój kubkowej części odrzutników oleju, fig. 7 - widok z góry płytki zespołu szczotkowego, fig. 8A - częściowy widok z góry skrzynki szczotkowej ukazując sprężynę taśmową w położeniu ze skrzynką szczotkową, fig. 8B w widok od czoła skrzynki szczotkowej, fig. 9A - widok z góry reprezentatywnej szczotki, fig. 9B - widok z boku szczotki z fig. 9A, fig. 10A - widok z góry wewnętrznej części osłony końcowej, fig. 10B - przekrój wzdłuż linii 10B-10B z fig. 10A, fig. 11A -widok z góry swobodnie ustawionego w linii układu łożyskowego, fig. 11B - przekrój swobodnie ustawionego w linii układu łożyskowego z fig. 11A wzdłuż linii 11B-11B, fig. 12A- w przekroju widok z boku alternatywnego kołnierza montażowego i fig. 12B przedstawia widok od czoła silnika z fig. 12A wzdłuż linii 12B-12B z niektórymi częściami odciętymi dla jasności rysunku.

Przykładem wykonania wynalazku jak już wspomniano, jest silnik elektryczny z magnesem trwałym dla wielu zastosowań w motoryzacji, ogólnie oznaczony przez 20 i dokładnie przedstawiony na fig. 1 - 12B. Silnik elektryczny 20 zawiera korpus 22 posiadający co najmniej dwa magnesy trwałe 24 działające jako części stojana silnika 20, twornik 26 (fig. 4A i 4B) posiadający rdzeń 28 składający się z warstw 30, które wraz z magnesami 24 zapewniają mały moment reluktancyjny, połączone są z precyzyjnie ukształtowanym wałem 32 w procesie nagrzewania indukcyjnego. Silnik 20 zawiera komutator 38 umieszczony na wale 32, zespół płytki szczotkowej 40 do odizolowania drgań od korpusu 22 i do ustawienia w linii obsad szczotkowych 42,44 na płytce 40 w taki sposób, że silnik 20 charakteryzuje się lepszą trwałością i zmniejszonym hałasem. Zespół płytki szczotkowej 40 obejmuje szczotki 48 umieszczone w obsadach szczotkowych 42, 44, przy czym szczotki są dociskane do komutatora 38 za pomocą sprężyn taśmowych 50. Następnie silnik 20 zawiera usztywnioną osłonę końcową 54 zamykającą twornik 26 w korpusie 22 i podwyższająca częstotliwość drgań własnych wytworzonych przez silnik 20, co najmniej jedno swobodnie ustawiane w linii łożysko 60 umieszczone w osłonie końcowej 54, i dowolnie w korpusie 22 w celu ustawienia w linii wału 32 oraz wiele kołnierzy montażowych 64,64', z których każdy jest połączony z korpusem 22 w celu przystosowania silnika 20 do różnych zastosowań, przy czym niektóre z kołnierzy montażowych posiadają usztywniające żebra 66 (fig. 12B) do zmniejszania drgań poprzez zwiększanie niskiej częstotliwości własnej tak, że hałas wytwarzany przez silnik jest znacznie zredukowany.

W dalszej części opisu, silnik elektryczny 20 jest przedstawiony szczegółowo w odniesiniu do jego części składowych.

Jak pokazano na fig. 1,2A,2B, 12Ai 12B, kubkowy korpus 22 z przedstawionej realizacji jest zazwyczaj cylindryczny i mieści w sobie parę magnesów trwałych 24, korzystnie zakrzywionych, prostokątnych.

166 980

Na zamkniętym końcu korpusu 22 znajduje się łożyskowy zespół mocujący 68 z otworem 70 dla wału 32. Łożyskowy zespół mocujący 68 posiada gniazdo łożyska 71, w które wchodzi swobodnie ustawiane w linii łożysko 60 (fig. 2A), z wykorzystaniem łożyska typu tulejowego do układu ogrzewania i klimatyzacji, korzystnie łożysko typu kulkowego 60' do układu chłodzenia silnika (fig. 2A), przy czym szczegóły dotyczące łożysk 60, 60' będą omówione niżej.

W zamkniętej części końcowej korpusu 22 obok łożyskowego zespołu mocującego 68 wykonanych jest wiele otworów chłodzących 72 (fig. 1) do chłodzenia silnika 20. W celu uzyskania lepszej redukcji hałasu nie ma otworów chłodzących na końcu korpusu przylegającym do łożyskowego zespołu mocującego 68 na obszarach 74, 76 z grubsza odpowiadającym szczelinom 78, 80 między magnesami trwałymi 24, ponieważ stwierdzono, że hałas ma tendencję do przechodzenia w dół szczelin 78,80 między magnesami 24 i na zewnątrz przez otwory chłodzące 72, które ewentualnie mogłyby się znajdować naprzeciw szczelin 78, 80.

W celu zmniejszenia ilości oddzielnych części silnika 20, szczeliny między magnesem a obszarem 74, 76 nie odpowiadają dokładie szczelinom w innych wykonaniach silnika. Wynika to z różnych lokalizacji magnesów w odniesieniu do ich położenia w korpusie 22 wskutek różnych kierunków obrotu wału 32 w stosunku do korpusu 22. Tak więc w praktycznym zastosowaniu, chociaż nie najkorzystniej, mała część jednego z otworów 72 pokrywa się ze szczelinami 78, 80.

Korpus 22 posiada również otwór 82 (fig. 2A) dla przewodu (nie pokazanego na rysunku), który umożliwia przepływ powietrza chłodzącego przez wewnętrzną część kubkowego korpusu i nad twornikiem 26. Otwór 82 w połączeniu z otworami chłodzącymi 72 korpusu ułatwia przepływ powietrza chłodzącego wewnątrz silnika 20.

Lokalizacja otworu 82 (fig. 2A) w stosunku do zespołu płytki szczotkowej 40 jest ważna i dobrana tak, że powietrze wpływające przez otwór 82 jest kierowane nad skrzynki szczotkowe i znajdujące się w nich szczotki, chłodzące nieco te elementy.

W otwartym końcu 90 korpusu 22 znajdują się wycięcia 84, 86, 88 dla odłączników 94, korzystnie sprężynujących, do łączenia zespołu płytki szczotkowej 40 z korpusem 22. Między dwoma wycięciami 84,86 przeznaczonymi dla odłączników zespołu płytki szczotkowej znajduje się dodatkowe prostokątne wycięcie 96 dla łącznika elektrycznego lub wtyczki 98.

Tak więc jak w każdym projekcie mającym praktyczne zastosowanie, zastosowanie prowadzące do ulepszenia zilustrowanego silnika wiązało się z pewnymi fizycznymi ograniczeniami. W szczególności jeśli chodzi o korpus, powierzchnia na jakiej można było pomieścić silniki dla różnych zastosowań ograniczyła średnicę silnika do nie więcej niż około 76 milimetrów. Ograniczenie to określało wstępne parametry konstrukcyjne w zakresie zewnętrznej średnicy silnika.

Jak wiadomo, w korpusie musi przebiegać strumień magnetyczny i musi mieć taki wymiar, że jest na granicy nasycenia względem minimalnej grubości, tak że korpus może pomieścić wymaganą ilość strumienia magnetycznego ale nie może zawierać w środku zbyt dużo materiału. W związku z tym przy ograniczeniu dotyczącym średnicy pokazanego silnika, grubości korpusu i długości korpusu, przy czym długość określa się jako odległość między otworem chłodzącym szczelin powietrznych 72 a częścią 96 przeznaczoną dla przewodu najbliższą tych otworów chłodzących, korpus musi być odpowiedni aby mógł przenieść strumień magnetyczny dla całego układu.

W pokazanym silniku korpus był możliwie jak najmniejszy aby mógł się zmieścić w danej przestrzeni, a jednocześnie by mógł pomieścić minimum części niezbędnych do przenoszenia wymaganego strumienia magnetycznego.

Jak pokazano na fig. 1, 1A i 3A-3C, magnesy 24 zastosowane w przedstawionym silniku, wykonane są z tradycyjnego materiału magnetycznego. Magnesy 24 (fig. 1) mają ogólny kształt łukowaty ogólnie dostosowany do wewnętrznej powierzchni 120 korpusu 22 (fig. 2A). Każdy magnes 24 ma część środkową 100, dwie części końcowe 102,104, powierzchnię zewnętrzną 106 i powierzchnię wewnętrzną 108. Powierzchnia zewnętrzna 106 stykająca się z powierzchnią wewnętrzną 120 korpusu 22 (fig. 2A) każdego z magnesów pokazanych na fig. 3A, 3B i 3C, jest ukształtowana metodą trójłukową. Ta znana metoda wytwarzania magnesów trwałych, które są zamocowane do ściany korpusu, polega na zastosowaniu dwóch różnych promieni koła, co

166 980 zapewnia przynajmniej dwa punkty styku między magnesem a ścianą korpusu. W magnesach zastosowanych w przedstawionej realizacji korzystne jest aby punkty styku były oddalone .od siebie o około dziewięćdziesiąt (90) stopni i aby każdy z nich znajdował się około 45 stopni od linii środkowej magnesu. Punkty te z grubsza odpowiadałyby lokalizacjom 110,112 na fig. 3A, 3B i 3C.

Punkty styku 110,112 magnesu i korpusu, jak wiadomo, będą się nieco zmieniać w związku ze zmianami krzywizn korpusu i magnesu. Metodę trójłukową stosuje się w celu zapobieżenia kołysaniu się magnesu względem korpusu. Jak wiadomo, stabilność magnesu, po umieszczeniu go na korpusie, w stosunku do rdzenia twornika ma zasadnicze znaczenie przy zapewnieniu stałej szczeliny powietrznej między rdzeniem 28 lub zewnętrznymi powierzchniami warstw 30 a wewnętrzną powierzchnią 108 magnesów 24. Ważne jest, aby szczelina powietrzna między magnesami a warstwami rdzenia twornika była stała, ponieważ moment reluktancyjny jest czuły na szczelinę powietrzną netto między magnesem 24 a rdzeniem 28 twornika 26, przy czym szczelina powietrzna netto określana jest jako odległość między wewnętrzną powierzchnią 108 magnesu 24 a zewnętrzną powierzchnią rdzenia 28. Moment reluktancyjny jest określany jako moment potrzebny do obrócenia twornika lub pulsacje momentu obracające twornik 26 gdy silnik 20 nie jest zasilany energią.

Przy zastosowaniu do wentylatora układu klimatyzacji i układu ogrzewania, jak pokazano na fig. 3A i 3C, wewnętrzna powierzchnia 108 magnesu jest grubsza w części środkowej 100 i zwęża się w kierunku końców 102, 104. Zwężenie to wynika z tego, iż promień wewnętrzny odpowiada wewnętrznej powierzchni 108 magnesu i jest określany z innego punktu ogniskowego 113 niż punkt ogniskowy 114 określający promień zewnętrzny odpowiadający zewnętrznej powierzchni 106 magnesu. Wypadkowa odległość między punktami 107, 115 jest większa niż odległość między punktem 116 na powierzchni zewnętrznej 106 a punktem 117 na powierzchni wewnętrznej 108. Ogólnie rzecz biorąc, grubość magnesów, jak pokazano na fig. 3A, 3C, jest większa między punktami 107, 115 i zmniejsza się stopniowo w obie strony od środka 100 magnesu do końców 102, 104.

Stopniowe zmniejszanie się grubości magnesu od środka 100 do każdego końca 102, 104 powoduje zmniejszenie momentu reluktancyjnego w silnikach, wyposażonych w te magnesy, ponieważ szczelina powietrzna lub odległość między wewnętrzną średnicą magnesów a zewnętrzną średnicą zwoju twornika będzie wzrastać w miarę oddalania się od środka 100 magnesu 24, dzięki czemu w czasie ruchu obrotowego twornika 26 energia w szczelinie powietrznej będzie coraz bliższa wartości stałej.

Magnes stosowany w układzie chłodzenia silnika, jak pokazano na fig. 3B, z powodu konsekwentnie otrzymywanej odległości między powierzchnią zewnętrzną 106 a powierzchnią wewnętrzną 108, ma nieco większy moment reluktancyjny, tak że w silniku jest silniejszy strumień magnetyczny, dzięki czemu silnik pracuje sprawniej. W tej realizacji wynalazku dodatkowy moment reluktancyjny jest pożądany aby twornik 26 nie zaczął się łatwo obracać, gdy nie jest zasilany energią lub też wskutek przepływu powietrza przez chłodnicę (nie uwidocznioną na rysunku) oraz wentylator (nie pokazany na rysunku) połączony z silnikiem 20. Gdyby powietrze przepływające przez chłodnicę i wentylator miało powodować obrót lub kręcenie się wentylatora, wówczas z łożyska 60 (fig. 1) w pobliżu osłony końcowej 54 zostałby wypompowany olej, co mogłoby grozić uszkodzeniem łożyska. Ponadto, w zastosowaniu w układzie ogrzewania lub układzie klimatyzacji, hałas wywołany drganiami spowodowanymi fluktuacjami momentu obrotowego związanymi ze zmianami momentu reluktancyjnego nie ma aż takiego dużego znaczenia z uwagi na występowanie innych słabszych hałasów pod maską silnika samochodu.

Magnesy 24 współpracujące z innymi częściami takimi, jak korpus silnika, są optymalizowane pod względem kosztów wymiarów i ciężaru silnika. Na budowę magnesu miały wpływ niektóre wymagania techniczne stawiane parametrom roboczym silnika: moment wału silnika przy określonej prędkości obrotowej, moment reluktancyjny, przy uruchamianiu silnika prąd potrzebny do odmagnesowania magnesów w danej temperaturze (dana temperatura dla przedsta wionego silnika wynosi -40°C lub poniżej przy odmagnesowaniu 5% lub niższym), maksymalizacja sprawności silnika dla wszystkich zastosowań w określonych zakresach: temperatury otoczenia, mocy wyjściowej , napięcia wejściowego, itd. rozmiar/objętość silnika, ciężar silnika, hałas wytwarzany przez silnik, trwałość (łożyska, szczotki, itp.), oraz m. in. duża trwałość.

166 980

Innymi parametrami magnesów różniącymi się, jeśli chodzi o osiągnięcie optymalnego kosztu, ciężaru, rozmiaru i objętości w zależności od działania są: promień zewnętrzny jako funkcja rozpiętości kątowej magnesu, grubość promieniowania magnesu jako funkcja rozpiętości kątowej, długość osiowa, rozpiętość kątowa, dobór składu materiału z którego wykonany jest magnes, promieniowa szczelina powietrzna jako funkcja rozpiętości kątowej, promienie przy krawędzi jako stożkowe zakończenie magnesu. Koszt magnesów można wyrazić matematycznie jako funkcję ciągłą parametrów fizycznych wykorzystanych następnie do określenia działania magnesów. Wszystkie te różne parametry, wzajemnie ze sobą powiązane i wzajemnie od siebie zależne, są zoptymalizowane w celu zoptymalizowania działania magnesu zależnie od kosztu.

Magnesy 24 są przymocowane do korpusu 22 w następujący sposób. Najpierw usuwa się kurz, olej i smar z zewnętrznej powierzchni 106 magnesu 24, która ma stykać się z korpusem 22 oraz z wewnętrznej powierzchni korpusu 22, która ma stykać się z zewnętrzną powierzchnią magnesu. Następnie części te zostają oczyszczone, po czym na wewnętrzną powierzchnię 120 korpusu 22 nakłada się aktywator klejowy taki jak korzystnie Dymax 535 z firmy Dymax, Chicago, Illinois, i czeka się aż odparują z niego rozpuszczalniki. Na zewnętrzną powierzchnię 106 magnesu nakłada się dwie krople kleju takiego jak korzystnie Dymax 20012 A, a następnie ściska się razem magnesy i korpus, przy czym klej zostaje rozprowadzony, i zmieszany z aktywatorem. Połączone części trzyma się ściśnięte przez około 60 sekund aby się mocno skleiły. Magnesy montowane tą metodą mależy pokrywać klejem tak aby pokrył on minimum 85 procent ich powierzchni zewnętrznej.

Jak pokazano na fig. 1,2A i 4-6, twornik 26 zastosowany w przedstawionym silniku 20 składa się z: jednego z wielu stosunkowo jednolitych precyzyjnie ukształtowanych wałów 32, którego jeden koniec 122 służy do zamontowania w łożysku 60 osłony końcowej, a drugi koniec 124 jest zmodyfikowany stosowanie do zastosowania silnika, takiego jak dmuchawa chłodnicy, układ klimatyzacji lub ogrzewania, określonej ilości ułożonych indukcyjnie nagrzewanych warstw 30 tworzących rdzeń 28 umieszczony na wale 32, części odległościowej 126 umieszczonej na wale 32 w pobliżu końca przyłączeniowego 124 i komutatora 38 umieszczonego na wale 32 w pobliżu końca osłony końcowej 122, druta magnetycznego 125 przewiniętego przez różne szczeliny 128 w uwarstwieniu, i połączonego z komutatorem 38 poprzez trzpienie 130, oraz powłoki izolacyjnej 132 z żywicy epoksydowej (fig. 4) nałożonej na warstwy 30, wał 32, i część odległościową 126 złożem fluidalnym (nie pokazane na rysunku).

Korzystny materiał do wykonania części odległościowej, nylon 66, posiada tę zaletę, że jest wytrzymały na temperaturę z jaką powlekarka nakłada warstwę izolacyjną.

Jak pokazano na fig. 1,4 i 5, każda warstwa 30 składa się z części jarzmowej 133 i wielu zębów 134 o szerokości T1. Każdy ząb 134 obejmuje prostokątną część 136 oraz część T 138 na zewnętrznym obwodzie warstwy. Każda część T 138 zęba posiada symetryczne końcówki 140, 142. Każda końcówka ma odpowiednią szerokość 143. Pomiędzy dwoma sąsiadującymi zębami 134 znajduje się szczeliny 128.

Przedstawiona warstwa 30 ma taką samą ilość zębów 134 co szczelina 128. Między końcówkami 140,142 szczelin jest odstęp o szerokości 129 umożliwiający wprowadzenie drutu magnetycznego do każdej szczeliny 128. W przedstawionej warstwie jest korzystnie dwanaście (12) szczelin i zębów.

Parametry konstrukcyjne warstwy zmieniające się zależnie od parametrów przedstawionego silnika w celu uzyskania optymalnej kombinacji konstrukcji uwarstwienia i magnesu, itp., są następujące: szerokość kątowa otworu szczeliny zębatej 129, szerokość promieniowa końcówki zęba 143, rozpiętość kątowa zęba przy szczelinie powietrznej 135, szerokość zęba Ti, ilość zębów (12 w tej realizacji), obszar szczeliny 145, głębokość promieniowa odchylaka lub jarzma 133, zewnętrzna średnica warstwy 147, długość osiowa rdzenia 28 (złożonego z więcej niż jednej warstwy), wystawanie magnesu lub różnica długości osiowej między magnesem a rdzeniem (fig. 2A) wewnętrzna średnica warstwy lub średnica wału, materiał z jakiego wykonana jest warstwa, oraz grubość warstwy 31.

Wymienione wyżej parametry zależą od różnych czynników, jednak zasadniczym czynnikiem jest wymagana wartość strumienia magnetycznego i wartość strumienia jaką stal warstwowa będzie przenosić. Powszechnie wiadomo, że stal przeniesie pewną gęstość strumienia zanim ulegnie nasyceniu. Od tego momentu nie przeniesie już więcej, a więc istnieje rozwiązanie kompromisowe

166 980 pomiędzy obszarem szczeliny 145 w stosunku do ilości dostępnej stali, szerokości zęba Ti i jarzma 133. Jednym z ważnych czynników ograniczających, jeśli chodzi o wielkość szczeliny 128, jest optymalizacja obszaru szczelin 145 do nawinięcia drutu magnetycznego w porówaniu do nasycenia stali. Celem jest zminimalizowanie szerokości zęba przy jednoczesnym zmaksymalizowaniu obszaru 145 do pomieszczenia drutu i zmaksymalizowaniu ilości strumienia jaki stal może przenieść.

Rola jaką zewnętrzna średnica warstwy 147 odgrywa w optymalizacji uwarstwienia polega na jej wpływie na ilość możliwego strumienia, ponieważ wielkość strumienia jest funkcją średnicy warstwy i średnicy silnika. Jeżeli strumień jest możliwie jak najbliższy nasycenia lub zaledwie nieco powyżej, w obszarze 145 mieszczącym drut magnetyczny musi być dostateczna ilość miejsca na ten drut. Czynniki te określają wymiary uwarstwienia, które z kolei określają wartości innych parametrów. Wszystkie powyższe czynniki zostały zoptymalizowane aby jak najbardziej zmniejszyć koszt i objętość w stosunku do zewnętrznej średnicy silnika.

Jeśli chodzi o moment reluktancyjny, to znaczenie szerokości kątowej otworu szczeliny zębatej 129 polega na tym, iż powinna być ona jak najmniejsza przy jednoczesnym pozostawieniu dostatecznej ilości przestrzeni do nawinięcia drutu magnetycznego w szczelinach 128. Im mniejsza jest szerokość szczeliny 129, tym mniejszy jest moment reluktancyjny. Grubość końcówki 143 jest również ważna, gdyż w miarę jej zwiększenia zmniejsza się moment reluktancyjny.

Przy doborze grubości warstwy 31 pożądane jest, aby była jak najmniejsza ilość warstw, ponieważ grubsza stal jest tańsza. Jednakże im grubsza stal tym większe są indukowane prądy wirowe. W przedstawionej realizacji grubości uwarstwienia jest zoptymalizowana zarówno z punktu widzenia prądów jak i koszt stali.

Podobnie jak przy kosztach magnesów, koszt uwarstwienia również można wyrazić matematycznie jako stałą funkcję parametrów fizycznych użytych następnie do określenia działania uwarstwienia. Parametry te są wzajemnie powiązane i współzależne od siebie.

W celu zamontowania rdzenia 28 na wale 32, warstwy 30 zostają najpierw ułożone tworząc rdzeń 28, następnie zostają nagrzane indukcyjnie, umieszczone na wale 32 i oziębione tak, że zostają połączone z wałem 32 bez zniekształceń jakie mogą czasami nastąpić przy pasowaniu wtłaczanym.

Szczegółowy sposób łączenia rdzenia 28 składającego się z wielu warstw 30 z wałem 32 przedstawionego silnika 20 jest następujący. Określoną ilość warstw, na przykład 37, używaną w jednym z zastosowań, randomizuje się i ponownie ustawia w linii. Wszystkie warstwy 30 zwrócone są szczelinami w tym samym kierunku. Na górze stosu układa się odwróconą warstwę końcową tak, że szczeliny jej i żłobki wału są skierowane do środka. Wysokość stosu luźnych warstw mierzy się siłą osiową 20 funtów. Ciężar ten można zwiększyć jeżeli otrzymana gęstość osiowa wynosi co najmniej około 0,535 funtów na cal. Następnie ułożone w stos i ustawione w linii warstwy ogrzewa się do temperatury, w której wał 28 można wsunąć w sposób wpasowany w stos warstw, korzystnie nagrzewany do temperatury od 900°F do nieprzekraczającej około chyba że stosowana jest atmosfera gazu obojętnego, w którym to przypadku temperatura nie powinna przekraczać około 1200°F. Po włożeniu wału 32 warstwy 30 zostają ściśnięte razem z taką siłą, aby siła osiowa rdzenia przekroczyła około 0,35 funt/cal². Siła ta nie może jednak spowodować rozdzielenia się warstw na zewnętrznym ich obwodzie. Szczelina średnicy zewnętrznej powstała wskutek wygięcia uwarstwienia nie powinna przekraczać 0,18 milimetra. W ciągu trwania tego procesu warstwy 30 są przytrzymywane razem dopóki nie zostaną mocno osadzone na wale 32.

Wał 32 wsuwa się do rdzenia 28 warstwowego korzystnie najpierw końcem komutatorowym 122, przy czym nie powinien on wystawać w czasie wsuwania. Po wsunięciu wału uwarstwienia 32 należy ochłodzić powietrzem, a warstwa końcowa musi wytrzymać moment 0,53 niutonometrów lub 75 uncjo-cali bez obrócenia się. Po montażu należy sprawdzić czy nie uległy uszkodzeniu czopy ułożyskowania wału 144, 146 i czy wał 32 jest prosty.

Drut magnetyczny 128 nawija się w szczelinach 128 i łączy z trzpieniami 130 poprzez spawanie. Po montażu i wykończeniu zgrubnym, zgrubnie wykończony twornik 26 wyważa się dodając precyzyjnie odmierzone ilości żywicy epoksydowej (nie pokazane na rysunku) na uzwojenie w precyzyjnie określonych miejscach i dokonuje się ostatecznego wykończenia. Taka kolejność czynności zapewnia precyzyjne wyważenie twornika 26, które jest o wiele lepsze niż w znanych dotychczas silnikach elektrycznych stosowanych w motoryzacji.

166 980

Jednym z kluczowych elementów silnika według przedstawionej realizacji jest zmniejszenie momentu reluktancyjnego lub momentu potrzebnego do obracania stalowej struktury wewnątrz pola magnetycznego, w tym przypadku magnesów trwałych. Im większy jest moment reluktancyjny, tym większy hałas wywołany drganiami strukturalnymi. Silnik według niniejszego wynalazku charakteryzuje się bardzo niskimi poziomami momentu reluktancyjnego, dzięki wspomnianej wcześniej zoptymalizowanej konstrukcji korpusu, magnesu i uwarstwienia.

Jak pokazano na fig. 1, 4A i 4B, komutator 38 składa się z jednego ciągłego pierścienia miedzianego 148 nawiniętego na izolator 150, a następnie przeciętego na wymiar. Izolator 150 jest korzystnie z materiału fenolowego i posiada otwór wywiercony 152, w który wchodzi wał 32. Trzpienie (nie pokazane) służą do nieruchomego zamocowania na izolatorze 150 miedzianego pierścienia 148 z wieloma szczelinami 154. Komutator 38 jest przyklejony do wału 32 poprzez nałożenie aktywatora klejowego na powierzchnię otworu 152 izolatora 150. Następnie na wał nakłada się klej i umieszcza się na nim komutator. Połączenie klejowe jest ważne ze względu na to, że unika się ewentualnych odkształceń komutatora lub wału, jakie mogłyby powstać przy tradycyjnym pasowaniu wtłaczanym komutatora na wał.

Ważne jest utrzymanie tolerancji wymiarowej zarówno wału 32 jak i otworu 152 komutatora we właściwie określonym zakresie w celu właściwego ustawienia komutatora 38 na wale 32.

Po zamontowaniu na wale 32, dwanaście szczelin 154 komutatora i dwanaście szczelin 128 warstw, w których znajduje się magnetyczny tworzący uzwojenie, musi być precyzyjnie ustawionych w linii w stosunku do siebie (fig. 4B), co jest warunkiem prawidłowego działania. Takie ustawienie w linii uzyskuje się poprzez ustawienie komutatora 38 na wale 32 w takim położeniu, że szczeliny 154 komutatora są prawidłowo ustawione w stosunku do każdej linii środkowej 137 zębów uwarstwienia poprzez mechaniczne skoordynowanie wzajemnych położeń szczelin 154 komutatora do zębów uwarstwienia przed zestaleniem się kleju spajającego komutator z wałem.

Ponieważ jest bardzo ważne aby komutator 38 był precyzyjnie umieszczony na wale 32, komutator 38 zastosowany w przedstawionym silniku jest przyklejany do wału 32 w następujący sposób. Przede wszystkim należy sprawdzić czy otwór 152 komutatora, w który wejdzie wał oraz sam wał nie są zanieczyszczone kurzem, olejem lub smarem. Następnie nakłada się aktywator klejowy, korzystnie aktywator Dymax 535, na otwór 152 komutatora i czeka się aż odparują rozpuszczalniki. Komutator jest montowany częściowo na wale tak, że klej rozprowadzony zostaje na całą długość komutatora 38, ale nie będzie rozsmarowany poza komutator w obszarze odrzutnika oleju 156 i czopa łożyskowego 144. Klejem, korzystnie Dymax 328 VLV, smaruje się skośne ścięcie trzpienia komutatora. Komutator i wał obraca się o około 90 stopni aby wymieszać aktywator i klej, a następnie czeka się przez minimum około jednej minuty aż klej zastygnie. Następnie obie części umieszcza się na minimum dwie minuty pod światłem nadfioletowym w celu utwardzenia połączenia między komutatorem a wałem.

Jak pokazano na fig. 1 i 6, odrzutniki oleju 156, 158 przedstawionego silnika, które w tradycyjnych samochodowych silnikach prądu stałego stanowiły część układu łożyskowego, są częścią twornika 26. Każdy odrzutnik oleju 156 zawiera kubkową część 160. Odrzutniki oleju 156, 158 są umieszczone na wale w pobliżu części odległościowej 126 i komutatora 38. Część kubkowa 160 posiada podstawę 166 z wywierconym otworem 168 oraz część kołową 170 o większej średnicy w jej częściach zewnętrznych 172 oraz część dziobową 174.

Odrzutniki oleju 156,158 są tak umieszczone w przestawionym silniku, że kiedy olej wycieka z łożyska to zostaje skierowany do części kubkowej 160 obracającej się wraz z wałem 32, a następnie jest odrzucany z powrotem do łożyska 60. Zwiększa to trwałość łożyska, co w połączeniu z korzyściami wynikającymi ze swobodnie ustawianego w linii łożyska zmniejsza hałas i znacznie przedłuża trwałość silnika.

Przed zamontowaniem odrzutnika oleju 156 na wale 32 umieszcza się najpierw na wale 32 część kompensującą luz osiowy 175. Część kompensująca luz osiowy 175 nastawia luz wału na z góry określoną tolerancję, tym samym ustawiając w prawidłowym położeniu końcówkę przyłączeniową 124 wału.

Zmniejszenie drgań osiowych obejmujące w części część kompensującą opór 177, składającą się z pierwszej podkładki 162, korzystnie podkładki elastomerowej lub gumowej, oraz z drugiej podkładki 164, korzystnie nylatronowej, ma na celu przeciwdziałanie momentowi obciążenia

166 980 wstępnego na korpusie mieszczącym gniazdo 71, wynikłemu wskutek większego wystawania magnesu lub odległości między końcem rdzenia 28 i końcem magnesu 24, jak pokazano na fig. 2A, a tą częścią magnesów i rdzenia, która jest najbliżej końca wału 124. W każdym z trzech przedstawionych zastosowań magnes wystaje na inną odległość.

Część kompensująca opór 177 służy do zachowania początkowego położenia wstępnego obciążenia lub napięcia twornika w stosunku do magnesów. Naturalna tendencja twornika do przesuwania się bardziej w stronę jednego końca, wskutek wstępnego obciążenia magnesu, jest wykorzystana do utrzymania nacisku na układ łożyskowy 60 w pobliżu końcówki przyłączeniowej 124 korpusu 22. Ten nacisk wywołany napięciem wstępnym poważnie ogranicza osiowy ruch twornika między dwoma łożyskami, a tym samym zmniejsza hałas powstający zwykle przy osiowym przesuwaniu się twornika.

Położenie osiowe magnesów 24 w korpusie w stosunku do rdzenia 28 określa wielkość siły napięcia wstępnego oddziałującego na łożysko korpusu, która stabilizuje osiowo twornik między dwoma łożyskami.

W celu zminimalizowania hałasu związanego z wzajemnym oddziaływaniem podkładki nylatronowej 164 i łożyska tulejowego 228, powierzchnia łożyska 228 będąca w bezpośrednim styku z podkładką 164 jest zukosowana, korzystnie o cztery stopnie, dzięki czemu każdy wytworzony tu hałas jest redukowany na styku łożysko/podkładka, gdyż podczas obrotu wału następuje poślizg między łożyskiem a podkładką. Przy dużym obciążeniu osiowym podkładki oporowe dostosowują się do powierzchni nośnej utrzymując stały nacisk.

Jak pokazano na fig. 1, 2 i 7-9B, zespół płytki szczotkowej zastosowany w przedstawionym silniku 20 składa się z płytki szczotkowej 176 wykonanej korzystnie z materiału izolacyjnego takiego jak tworzywo sztuczne lub korzystnie warstwowego tworzywa fenolowego, w której wykonanych jest precyzyjnie wiele szczelin 178 w kształcie litery D, oraz co najmniej trzech przyłączy odłącznikowych 180 do zamocowania odłączników 94 połączonych z korpusem 22. Do płytki szczotkowej 176 zamocowane są co najmniej dwie obsady szczotkowe 42, 44 za pośrednictwem szczelin 178 w kształcie litery D. W obsadach szczotkowych znajduje się para szczotek 48 przesuwanych w kierunku komutatora 38 za pomocą sprężyny taśmowej 50. Każda szczotka 48 jest połączona z przewodem elektrycznym lub wtyczką 98 za pomocą części łączącej lub drutu miedzianego (przewód elastyczny wielożyłowy) 205.

W korzystnej realizacji zespołu płytki szczotkowej 40 przedstawionego silnika 20 obsady szczotkowe 42,44 mają kształt prostokątny posiadając dwa boki 182,184 i powierzchnię górną 186. Chociaż, jak pokazano, płytka szczotkowa 176 służy jako powierzchnia dolna każdej obsady 42, 44, to każda obsada 42, 44 mogłaby mieć własną integralna część dolną.

Ponieważ względne usytuowanie między szczotkami 48 a pierścieniem komutatorowym 148 ma zasadnicze znaczenie dla zmniejszenia hałasu oraz płynnego i sprawnego działania samego silnika, ustalenie położenia obsad szczotkowych 42, 44 na płytce 176 nabiera dodatkowej wagi. Cały zespół oraz ustalenie położenia obsad szczotkowych 42, 44 na płytce 176 ma zasadnicze znaczenie, ponieważ szczotki mogą stukać, przekręcać się lub zawieszać się w obsadzie, wytwarzając tym samym większy hałas lub powodując wadliwe działanie silnika.

Jak pokazano na fig. 7, 8 i 8B, obsady szczotkowe są precyzyjnie zwymiarowane i posiadają korzystnie co najmniej cztery (4) elementy 188 do wkładania w precyzyjnie wykonane otwory 178 w kształcie litery D w płytce 176. Elementy 188 ustawia się następnie na płytce 176 poprzez przytrzymywanie obsady szczotkowej 42,44 w określonym z góry położeniu w taki sposób, że elementy 188 najpierw przechyla się nad prostą częścią 190 otworu w kształcie litery D, a następnie wygina się bez wywierania nacisku na samą płytkę 176. Części elementu 188 znajdujące się najbliżej płytki 176 nie ocierają o nią, gdyż w czasie wyginania pomiędzy końcówki w powierzchnię płytki wkłada się elementy zapobiegające bezpośredniemu stykowi między płytką 176 a końcówką 192 elementu, tak że nie następuje powierzchniowe sprzężenie cierne między elementami 188 a płytką 176. Ponadto w czasie wyginania wkłada się pewne elementy do obsady szczotkowej aby zachować integralność wymiarową obsady w czasie zaginania elementów 188. Zapobiega to przesunięciu obsady w dół płytki 176 i zniekształceniu długości osiowej obsady na końcach.

Kilka (korzystnie cztery) elementów 188 do włożenia w otwory 178 na płytce szczotkowej 176 sięga od spodniej części obu boków 168, 184. Elementy te są połączone z płytką 176 w celu

166 980 dokładnego ustawienia położenia obsad szczotkowych na płytce 176 bez naprężania płytki 176. Uzyskuje się to dzięki zukosowanemu kształtowi elementów 188, przy czym końcówki 192 elementów 188 są węższe niż górna część 193 znajdująca się bliżej ścianek 182, 184. Tak więc, gdy elementy 188 wkładane są do otworów 178, końcówki 192 przechodzą bez przenikania lub dotykania płytki 176, ale po ostatecznym ustawieniu położenia co najmniej część całego zukosowanego odcinka dotyka i przynajmniej częściowo 'wchodzi w górną powierzchnię płytki 176.

Zapewnia się dzięki temu precyzyjne umieszczenie każdej obsady szczotkowej 42,44 na płytce 176 bez naprężania płytki 176 dzięki zagięciu elementów 188 tak, że występuje minimalne, o ile w ogóle występuje, sprzężenie cierne między powierzchniami elementów znajdujących się najbliżej dolnej powierzchni płytki a dolną powierzchnią płytki. Innymi słowy, elementy 188 są zaginane w taki sposób aby dokłanie, precyzyjnie ustalić położenie skrzynek szczotkowych 42, 44, na płytce 176 bez wywierania sił większych niż potrzebne do zachowania położenia obsady szczotkowej przy jednoczesnych zachowaniach wewnętrznych wymiarów skrzynki szczotkowej tak aby szczotka ani nie stukała wskutek zbyt luźnego zamocowania, ani nie zawieszała się wskutek zbyt silnego zamocowania.

Z dwóch stron każdej obsady szczotkowej wystają pod kątem około 90 stopni przedłużenia 194 będące wyciętymi częściami boków obsady szczotkowej 182, 184 odwiniętymi, tak że tworzą parę szczelin 196, w których mieszczą się zwoje 198 sprężyn taśmowych 50.

Chociaż nie jest to pokazane, to można się spodziewać, że inne części ustalające takie jak przedłużenie lub słupek na płytę przeznaczonej dla zwojów taśmowych 198 mogą być również zastosowane do ustalenia położenia sprężyn taśmowych na płytce.

W górnej ściance każdej obsady szczotkowej 42,44 znajduje się szczelina 200, w którą wchodzą części łączące 180 każdej szczotki 48, połączone następnie z przewodami 98.

Jak widać na fig. 8B, w celu zmiejszenia gromadzenia się zanieczyszczeń takich jak miał węglowy w obsadzie szczotkowej w przestrzeni przyległej do obsady szczotkowej lub pomiędzy szczotką a obsadą szczotkową, obsada szczotkowa zastosowana w silniku nie ma ani przedniej ani tylnej ścianki. Ponadto boczne ścianki obsady szczotkowej posiadają odcinki środkowe 20i2,204 z grubsza odpowiadające przedłużeniom 194, tworząc tunele po obu stronach szczotki po zamontowaniu w obsadzie szczotkowej. Tunele te zapewniają przestrzeń dla sprężyny taśmowej, a wraz z otwartą tylną częścią obsady szczotkowej zapewniają wyeliminowanie nadmiaru zanieczyszczeń węglowych lub innych mogących zakłócać prawidłowy ruch szczotki wewnątrz obsady szczotkowej. Być może nawet ważniejsze jest to, że odcinki 202,204 usztywniają każdą obsadę, co powoduje zmniejszenie drgań a tym samym hałasu.

Połączenia lewej 184 i prawej ścianki 182 każdej obsady szczotkowej ze ścianką górną 186 mają tak precyzyjne wymiary, że szczotka 48 jest utrzymywana we względnie stałym położeniu w stosunku do komutatora 38. Ponadto, po prawidłowym ustawieniu elementów 188 lewej 184 i prawej ścianki bocznej 182 w otworach 178 w kształcie litery D, między bokami obsady szczotkowej a szczotką pozostaje prześwit, dzięki czemu szczotka może się poruszać swobodnie wewnątrz obsady szczotkowej przy jednoczesnym zachowaniu raczej precyzyjnego położenia w stosunku do komutatora.

Tak jak w przypadku innych części silnika według niniejszego wynalazku, różne parametry mogą się zmieniać w celu uzyskania optymalnej kombinacji. W przypadku zespołu płytki szczotkowej, aby uzyskać szczególną konstrukcję silnika według niniejszego wynalazku rozpatrywano takie wymiary i parametry, jak: długość promieniowa obsady szczotkowej, luz wzdłużny przy szczotce, luz kątowy przy szczotce, przechył promieniowy obsady szczotkowej (konstrukcja wyprzedzająca lub spływowa), odległość od komutatorowej strony obsady do rdzenia, długość obsady szczotkowej w porównaniu ze szczotką, materiał z jekiego wykonana jest płytka i obsada oraz jego grubość, sposób montażu płytki z obsadami, luz między obsadą a bocznikiem, kierunek ustawienia, i lokalizacja skrzynki, kalibrowanie w celu uzyskania prawidłowego obciążenia elektrycznego (amper/cal kwadratowy), materiał odłączników, twardościomierz i lokalizacja w celu odizolowania drgań, lokalizacja płytki czołowej, ustawienie osi szczotkowej w stosunku do osi magnesu, przesunięcie szczotki.

Jeśli każda obsada szczotkowa stanowiłaby integralną całość z płytką szczotkową, to tunele w niej utworzone byłyby podobne jak w przedstawionej obsadzie z oddzielną płytką. Uważa się, że

166 980 taka nowa obsada szczotkowa, bez przedłużeń 194 i posiadająca cztery boki, tak że ścianka spodnia nie byłaby płytką 176, najprawdopodobniej zmniejszałaby hałas i stanowiłaby bardziej ściśle zwymiarowaną obsadę niż konstrukcja przedstawiona na fig. 8A i 8B. Słupki na płytce ustalałyby raczej położenie sprężyny niż łącznika w szczelinie.

W przedstawionej obsadzie szczotkowej ważne jest aby ciepło wytwarzane przy wzajemnym oddziaływaniu na siebie szczotki i komutatora było wypromieniowane tak, aby mogło być przekazywane do przyległych obszarów lub otaczającej przestrzeni. Ponieważ tworzywo sztuczne jest izolatorem ciepła, korzystne jest aby obsada szczotkowa była wykonana z metalu. Niemniej jednak dopuszczalny byłby każdy materiał zapewniający niezbędne precyzyjne kalibrowanie, a jednocześnie wypromieniowanie i rozpraszanie ciepła.

Na figurze 12,9A i 9B przedstawiono szczotkę 48 omawionego silnika. Szczotka 48 korzystnie wykonana jest z mieszanki miedziowo-grafitowej. Po włożeniu do każdej obsady szczotkowej 42,44 każda szczotka 48 jest wypychana z obsad szczotkowych 42,44 przez sprężynę taśmową 50 wywierającą prawie stałe napięcie/siłę na szczotkę 48 przy docisku do komutatora 38 przez cały okres trwałości szczotki. Uważa się, iż tę stałą siłę zawdzięcza się krzywiźnie zwojów sprężyny taśmowej 198.

Szczotki 48 mają ogólnie kształt prostokątny. Koniec 206 szczotki 48 dotykający prostopadle komutatora 38 jest zukosowany i tym samym ma jedną część 208 dłuższą niż druga część 210. Skos 212 znajduje się po stronie tylnej, dzięki czemu zminimalizowany jest moment siły wokół punktu odłącznika 94, ponieważ w przeciwnym razie płytka 176 miałaby tendencję do wygimania się. Skosy przeciwległych szczotek są zeszlifowane w przeciwległych kierunkach, co zapewnia płynną współpracę między szczotkami a komutatorem i zmniejszenie hałasu.

W przedstawionej konstrukcji szczotek jedna szczotka pozostawia resztę na komutatorze, a druga zdrapuje ją i usuwa z komutatora, tym samym zmniejszając hałas powstający przy współpracy między komutatorem a szczotką.

Jak pokazano na fig. 1,9A, 9B do szczotki 48 jest podłączony przewód lub miedziany przewód giętki wielożyłowy 205 w ten sposób, że gdy szczotka znajduje się w obsadzie szczotkowej, przewód 205 wchodzi w szczelinę 200. Budowa i wymiary przewodu są tak dobrane aby miał jak najmniejszą rezystancję i by przewód nie uległ spaleniu przy przegrzaniu, a jednocześnie przekazywał nadmiar ciepła ze szczotek do innych obszarów, gdzie ciepło to może ulec rozproszeniu. Ponieważ szczotki bardzo silnie się nagrzewają wskutek sił tarcia i strat energii na nagrzewanie oraz aby zapobiec przegrzaniu obsady szczotkowej, i całego zespołu płytki szczotkowej, występuje konieczność przekazywania tego nadmiaru ciepła. Dlatego przewody 205, oprócz przewodzenia prądu, przekazują część ciepła od wyżej wymienionych części silnika.

Ponieważ sprężyna taśmowa 80 działa z prawie stałą siłą, w celu szybkiego osadzenia szczotki 48 zukosowana część końcówkowa 208, która pierwsza dotyka komutatora 38, jest nieco przedłużona. Uzyskuje się przez to bardzo duży nacisk początkowy między powierzchnią szczotki a powierzchnią komutatora na stosunkowo małej powierzchni styku komutator-szcztoka, a tym samym bardzo dużą wstępną siłę na jednostkę powierzchni.

Ponieważ w dotychczasowych zastosowaniach w przemyśle motoryzacyjnym szczotki w silnikach elektrycznych przylegały doborze do komutatora po pewnym mechanicznym zużyciu, ale niektóre szczotki nie przylegały prawidłowo nawet po dłuższym użytkowaniu, czego powodem były różne obciążenia w zależności od zastosowania. Sprawdzono to przy pomocy badań profilometrycznych, które wykazały, że szczotki docierały się z różnymi promieniami - kształtem wewnętrznym, wraz z jednym lub dwoma promieniami dotarcia w czasie użytkowania. Różne promienie pociągały za sobą niestabilność szczotek i potencjalny hałas wytwarzany przez szczotki w czasie pracy.

W celu zapobieżenia nierównomiernego docierania, a tym samym w celu wyeliminowania potencjalnego hałasu wytwarzanego przez szczotki, szczotka 48 jest zeszlifowana prawie do dokładnych wymiarów komutatora. Skraca to okres docierania, zmniejsza drgania i dzięki temu silnik pracuje ciszej.

Ponadto szczotki mają od razu prawie kształt netto, co skraca czas technologiczny, po upływie którego obrys szczotki jest zeszlifowany do styku liniowego i hałas wytwarzany przez szczotki ma o wiele niższy poziom.

166 980

Ważne jest aby powierzchnia szczotki, która pierwsza Styka się z komutatorem była gładka. Zapewnia to właściwe zużycie szczotki na komutatorze. Uzyskuje się to poprzez zeszlifowanie końca szczotki, który styka się z komutatorem w celu wychwycenia linii środkowej twornika tak, że szczotki mogą się poruszać na boki w obsadach, w oparciu o taki kierunek w jakim obracają się tarcze ścierne, które zawsze obracają się w tym samym kierunku co komutator w określonym montowanym silniku. Obrys szczotki jest taki, że pasuje do komutatora. Z gruntu rzeczy szczotka jest zawsze ścierana z promieniem nieco większym niż komutator, tak że styk z komutatorem następuje natychmiast w środku łuku szczotki.

Jak pokazano na fig. 9B, szerokość szczotki jest równa rozpiętości komutatora 148 (patrz fig. 4B) plus dwie szczeliny komutatorowe 154 po każdej stronie. Dzięki temu krawędź szczotki jest punktem nacisku tak, że następuje niewielkie zmniejszenie nacisku, gdy komutator przetacza się pod nią, a następnie podskakuje gdy krawędź szczotki uderza o szczelinę po drugiej stronie rozpiętości, a ponadto zapewniony jest wystarczający czas do zakończenia komutacji, określanej jako odwrócenie prądu w zwoju komutowanym przez każdą szczotkę w określonym momencie. Gdyby szczotka się kołysała, wywołało by to drgania płytki szczotkowej 76, co z kolei wywoływało by hałas.

Ponieważ szczotka wykonana jest z materiału bardziej miękkiego i bardziej porowatego niż komutator, ma ona tendencje do sprężania się i wchodzenia w szczelinę komutatora. Dopóki rozpiętość szczotki w stosunku do komutatora jest równa lub korzystnie większa niż rozpiętość komutatora plus dwie szczeliny komutatora, stabilność poprzeczna drugiej szczotki będzie lepsza i nie będzie się ona tak bardzo kołysać na komutatorze.

Parametrami szczotki zmieniającymi się w celu uzyskania jak najlepszego działania przedstawianego silnika przy minimalnym koszcie są: długość szczotki, szerokość i głębokość, materiał z jakiego jest wykonana, i jego skład, wymiar bocznika, umiejscowienie, sztywność, średnica obrysu oraz stożek/zukosowanie krawędzi.

Ponieważ jednym z głównych celów niniejszego wynalazku jest zmniejszenie hałasu silnika, a ponieważ hałas jest wytwarzany między trzpieniem komutatora a skrzynkami zespołu płytki szczotkowej, to odległość między trzpieniem komutatora a wierzchem skrzynek szczotkowych musi być optymalna, co pozwala na zmniejszenie hałasu. Hałas ten występuje zawsze gdy trzpień przechodzi przez skrzynkę szczotkową wskutek ruchu powietrza wywołanego gdy obracający się trzpień uderza o skrzynkę. W celu zmniejszenia tego hałasu obsada szczotkowa jest odsunięta na wystarczającą odległość, tak że hałas wytwarzany przy obrocie trzpienia jest albo wyeliminowany albo znacznie zredukowany, przy czym nie jest ona odsunięta na aż taką odległość, że powodowałoby to zwiększenie długości silnika lub komutatora.

Ponadto jeśli chodzi o trwałość szczotek, to luz promieniowy między samymi obsadami szczotkowymi a komutatorem jest taki, że szczotki zachowują swobodę ruchu wewnątrz skrzynki w stosunku do obsady, ale ruch szczotki w tył i w przód w stosunku do komutatora jest zminimalizowany, dzięki czemu zmniejszono do minimum możliwość zawieszenia się szczotki w obsadzie poprzez zapobieżenie wystawaniu szczotki z obsady szczotkowej tak daleko, że uzyskuje się potencjalnie nadmierny kąt między szczotką a skrzynką.

Jak pokazano na fig. 1, 2, DA i 10B, osłona tylna 54 składa się z ukształtowanej części, korzystnie metalowej, posiadającej części usztywniające 56, części łączące 57,58,59 do połączenia z otwartym końcem 90 korpusu 22, wycięcie 214, w które wchodzą przewody 98 oraz wypukłość 216 dla swobodnie ustawianego w linii łożyska 60. Osłona tylna 54 jest tak ukształtowana, że części łączące 57, 58, 59 współpracują z częściami 84, 86, 88 korpusu 22 tworząc całość zewnętrznej powłoki silnika. Osłona tyłna 34 jest połączona z korpusem 22 korzystnie poprzez zaklepanie końców części 217 (fig. 12B).

Jedna z cech niniejszego wynalazku wynika z rodzaju materiału z jakiego wykonana jest osłona tylna. Ponieważ, gdy łożysko 60 jest już odpowiednio zamontowane w gnieździe łożyskowym osłony tylnej 218, pożądane jest zminimalizowanie sprężynowania, stosuje się mało sprężynujący materiał o niskiej zawartości węgla, taki jak AISI 1010 AK DQ.

Jak pokazano na fig. DA, gniazdo łożyska 218 znajduje się po wewnętrznej stronie wypukłości 216 i obejmuje trzy powierzchnie styku 220, 224, 226 współpracujące z łożyskiem tulejowym 228 łożyska 60. Powierzchnie styku 220,222,224 oraz ich znaczenie dla swobodnie ustawianego w linii łożyska 60 zostaną omówione szczegółowo poniżej.

166 980

Jednym z kluczowych problemów związanych ze swobodnie ustawionym w linii łożyskiem 60 przedstawianego silnika jest sposób i materiał, zastosowane do montowania łożyska 60 zarówno w gnieździe łożyskowym korpusu 71 jak, i w gnieździe łożyskowym osłony tylnej 218.

Jak pokazano na fig. 1, 2A, 11A i 11B, łożysko 60 zastosowane w osłonie tylnej 54 oraz we wszystkich, oprócz jednego, zastosowaniach gniazda łożyskowego korpusu 71 jest łożyskiem swobodnie ustawianym w linni, a tradycyjnie stosowano tu łożyska samonastawne w linii. Łożyskiem swobodnie ustawianym w linii jest zasadniczo takie łożysko 228, które pod wpływem bardzo słabych sił ustawi się w linii aby paracować w takim położeniu, że między czopem łożyska na wale 32 a samym łożyskiem powstaje i zostaje zachowany zasadniczo dobry równomierny luz. Ponieważ w układach łożyskowych silnika pożądane jest, aby siła ustawiania łożysk w linii była bardzo mała, to im słabsza siła potrzebna jest do ustawienia łożysk, tym bardziej równomierne jest rozłożenie warstewki oleju na wale 32, ponieważ jeżeli warstewka oleju jest równomierna, to wyciek oleju z układów łożyskowych wskutek określonych obciążeń będzie minimalny. Jedną z zalet łożyska swobodnie ustawianego w linii jest to, że wyciek oleju jest znacznie zredukowany, co przedłuża trwałość łożyska.

Jak stwierdzono powyżej, jedną z kluczowych różnic między tradycyjnym łożyskiem samonastawnym w linii a swobodnie nastawnym w linii łożyskiem 60 zastosowanym w przedstawianym silniku jest materiał, z jakiego wykonany jest koszyczek łożyska 230. Tradycyjnie stosowanym materiałem była stal sprężynowa, ale koszyczek 230 przedstawionego łożyskajest bardzo sztywny i mocny, korzystnie, dla szczególnego silnika według wynalazku, stal konstrukcyjna AISI 1010 AK DQ, która po ukształtowaniu zapewnia badziej równomierny kształt koszyczka, a tym samym powtarzalnie jednolite łożysko 60.

Innym kluczowym aspektem ulepszonego działania swobodnie ustawianego w linii łożyska 60 jest ustalenie zespołu znanych warunków w każdym łożysku 60, które jest utrzymywane w dowolnym położeniu odpowiadającym tym wymaganym warunkom. Różni się tym ono od dotychczas stosowanych tradycyjnych układów łożyskowych, w których względne położenie łożyska w gnieździe osłony tylnej lub korpusu jest ustalane najpier i bez względu na warunki jakie wynikają z tego względnego położenia pozostaje w nim zabezpieczone. Jak wykazało doświadczenie, w tradycyjnyh układach łożyskowych różne mogą być warunki związane z tym samym położeniem względnym, wynikające m. in. z takich czynników jak geometria łożyska, geometria gniazda, mimośrodowość i geometria koszyczka, przy czym wszystkie z nich posiadają pewien zakres tolerancji i nieregularności wymiarowych.

Swobodnie nastawne w linii łożysko 60 zastosowane w przedstawionym silniku składa się z łożyska tulejowego 228 znajdującego się w gnieździe 71 lub 218 oraz koszyczka łożyska 230. Przedstawiony układ jest swobodnie ustawny w linii ale nie może się obracać, gdyż koszyczek łożyska 230 oraz łożysko tulejowe 228 posiadają wiele części 232 w części będącej łożyskiem tulejowym 228 oraz wiele uzupełniających części przeciwobrotowych 234 w koszyczku 230 zapobiegających obrotowi łożysk tulejowego ale nie uniemożliwiających swobodne ustawienie w linii łożyska tulejowego.

Koszyczek łożyska 230 posiada trzy powierzchnie styku 236,238,240 będące zwierciadlanym odbiciem powierzchni styku 220, 222, 224 znajdujących się na dnie gniazda łożyskowego 218, w którym montuje się łożysko tulejowe. Zmierzono, że ważne jest, iż powierzchnie styku 236,238, 240 na koszyczku i powierzchnie styku 220, 222, 224 w gnieździe łożyskowym osłony tylnej nie są osiowo ustawione w jednej linii, dzięki czemu uzyskuje się większy ruch łożyska. Dzięki tym sześciu powierzchniom styku powierzchnia styku między łożyskiem a gniazdem i powierzchnia styku między łożyskiem a koszyczkiem umożliwia łatwe ustawienie łożyska w linii przy jednoczesnym zachowaniu położenia łożyska, gdy na wał działa obciążenie. Dzięki tym sześciu powierzchniom zawsze jest styk z łożyskiem, a siły z łożyska są rozłożone równo na osłonę tylną i koszyczek.

Przedstawione swobodnie ustawiane w linii łożysko 60 jest montowane w gniazdach łożyskowych 71218 korpusu 22 i osłony tylnej 54, a następnie przymocowane klejem epoksydowym. Po umieszczeniu i przymocowaniu klejem epoksydowym łożyska 60 w gnieździe 71, 218 na osłonie tylnej lub korpusie oraz powierzchni koszyczka łożyskowego 230, działa się na nie najpierw z siłą dostateczną do osadzenia koszyczka łożyska, i łożyska w gnieździe, a następnie dociska się jeszcze raz. W tym czasie klej epoksydowy najpierw ulega wstępnemu zestaleniu, a potem ulega utwardzę20

166 980 niu. Po wstępnym zestaleniu się kleju koszyczek łożyska i łożysko mocuje się w wypukłości lub gnieździe o z góry określonych warunkach. Wstępne związanie powierzchni koszyczka i powierzchni gniazda jest wystarczające do zachowania z góry określonych warunków, i umożliwia dalszą obróbkę osłony tylnej lub korpusu podczas gdy klej epoksydowy mocujący układ łożyskowy utwardza się do końca.

Uważa się, że określone z góry warunki są ustalone i zachowane, ponieważ połączenie za pomocą kleju epoksydowego między koszyczkiem a miejscem zamocowania łożyska lub gniazdem swodobnie podtrzymuje koszyczek do chwili wstępnego obciążenia, a przez to kompensuje wszystkie różnice wymiarowe części składowych takich jak łożysko, koszyczek łożyska, i miejsce zamocowania łożyska lub gniazdo. Łożysko jest umieszczone w gnieździe tak, że może się ustawiać w linii na wale, ponieważ cały układ łożyskowy może się przesuwać zanim klej ulegnie zestaleniu, między łożyskiem a koszyczkiem łożyska nie występują żadne duże siły styku, a klej epoksydowy wypełnia wolne przestrzenie i zestala się pod wpływem działania z góry określonej siły, precyzyjnie ustalając określony z góry zespół warunków.

W przedstawionym silniku siła tarcia między łożyskiem a obracającym się wałem nie jest wystarczająco duża, aby wytrzymać moment obrotowy, zaś łożysko 228 bez języczków przeciwobrotowych 234 obracałoby się w koszyczku 230 uszkadzając zewnętrzne obrzeże łożyska. Łożysko jest zamocowane luźno w gnieździe przez koszyczek łożyska, jednak wystarczająco mocno aby mogło się swobodnie ustawić w linii.

Swobodnie ustawiające się w linii łożysko jest montowane w gnieździe w następujący sposób. Najpierw gniazdo, łożysko i koszyczek łożyska oczyszcza się z kurzu, zanieczyszczeń, i smarów. Na zewnętrzną średnicę koszyczka 204 i na użyteczną powierzchnię gniazda 71218 korpusu lub osłony tylnej nakłada się aktywator klejowy, taki jak korzystnie aktywator Dymax 535. Zewnętrzną średnicę koszyczka 230 i zamknięty koniec smaruje się kroplą kleju takiego jak, korzystnie Dymax 628 VT. Natychmiast po nałożeniu kleju Dymax 628 VT części montuje się razem obracając koszyczek o około 60 stopni w stosunku do gniazda aby wymieszać aktywator z klejem. Następnie koszyczek dociska się przez dwie do trzech sekund z siłą osiową około 16kG (40 funtów), a korzystnie z siłą około 1,4 kG (3,5 funta) przez pozostały czas potrzebny do wstępnego zestalenia kleju, wynoszący razem pięć minut. Pod koniec tego pięciominutowego okresu czasu wstępnie sklejony układ łożyskowy umieszcza się na dwie minuty w świetle nadfioletowym w celu utwardzenia kleju, jeśli nie został on całkowicie utwardzony przez aktywator.

Jak pokazano na fig. 2B, układ łożyskowy 60'jest tu zastosowany przy chłodzeniu silnika. Jak widać na rysunku, łożysko kulkowe 228' umieszczone jest w gnieździe łożyskowym 71 i ustalone w tym położeniu przy pomocy czterech języczków 231 zaklepanych pod kątem trzydziestu (30) stopni w stosunku do wewnętrznej ścianki wypukłości 68.

Po unieruchomieniu łożyska kulkowego na miejscu w gnieździe łożyskowym, ważne jest aby wszystkie cztery języczki 231 były zaklepane jednocześnie, co umożliwi jakiekolwiek promieniowe lub osiowe przesunięcie się łożyska i koszyczka łożyska. Tak, jak w przypadku swobodnie ustawiającego się w linii łożyska według niniejszego wynalazku, przy zaklepywaniu na miejscu koszyczka łożyskowego 230' jest ono wrażliwe na nacisk, w odróżnieniu od wrażliwości na przesunięcie, tak więc pewna siła jest wywierana na łożysko kulkowe i koszyczek przed zaklepaniem. Czynność ta ma podobny skutek jak nacisk wywierany na łożysko tulejowe 248 swobodnie ustawiające się w linii łożyska 60 wklejanego w gniezdo łożyskowe. Po zaklepaniu, aby sprawdzić jego skuteczność, wykonuje się badanie popychające polegające na oddziaływaniu siłą osiową 5 funtów na wewnętrzną powierzchnię łożyska kulkowego w kierunku otwartego końca korpusu.

Jak pokazano na fig. 112A i 12B, dwa reprezentatywne kołnierze montażowe 64,64' spośród wielu kołnierzy montażowych użytych w silniku według niniejszego wynalazku, są połączone z korpusem 22 za pomocą kleju epoksydowego. Kołnierze montażowe 64,64' są jednym elementem przedstawianego silnika, który jest jedyny w swoim rodzaju dla każdego zastosowania. Każda konstrukcja, do której podłączony jest przedstawiony silnik, jest inna, a tym samym wymaga dla każdego zastosowania innego kołnierza montażowego.

Ogólnie rzecz biorąc, każdy kołnierz montażowy stanowi ukształtowaną część metalową, przy czym niektóre kołnierze montażowe posiadając żebra usztywniające 66 (fig. 2A i 17B) ukształtowane w celu zwiększenia niskiej własnej częstotliwości drgań metalu, przez co zmniejsza się hałas konstrukcyjny.

166 980

Kołnierz montażowy 64, (stosowany przy chłodzeniu silnika) lub 64' (stosowany w układzie klimatyzacji lub ogrzewania), składa się z części montażowej 242 z elementami montażowymi 244 oraz z części o kształcie kubkowym 246 ukształtowanej obwodowo wokół otworu środkowego 248, w który wchodzi korpus 22. Część kubkowa 246 ma większy promień od środka otworu 248 na jednym końcu 250 i stopniowo zwęża się stożkowo do mniejszego promienia w punkcie 252 będącym w przybliżeniu obwodem korpusu 22 (fig. 12A).

Jedną z cech połączenia korpus-kołnierz jest oryginalny sposób w jaki każdy kołnierz montażowy 66, 66' jest połączony z korpusem 22. Jak pokazano na fig. 12A, przy montowaniu na korpusie 22, między zewnętrzną powierzchnią 256 korpusu 22 a wewnętrzną powierzchnią 258 kubkowej części 246 kołnierzy montażowych 66, 66' powstaje zbiornik 254 (fig. 12A) na klej epoksydowy. Ta szczególna konstrukcja zapewnia zatrzymywanie kleju epoksydowego w zbiorniku podczas obrotu korpusu w stosunku do części kubkowej 246 w czasie łączenia każdego kołnierza montażowego 66, 66' z korpusem silnika i utwardzania kleju.

Na każdym kołnierzu 64, 64' znajduje się element ustawiający korpus 260 do prawidłowego ustawienia w linii kołnierza w stosunku do korpusu 22 w poszczególnych zastosowaniach. Zapewnia to prawidłowe ustawienie elementów montażowych 224.

Podczas operacji montażu na zewnętrzną powierzchnię 256 korpusu 22 i/lub na wewnętrzną powierzchnię 258 części kubkowej 246 kołnierza nakłada się aktywator klejowy. Przy obracaniu części względem sienie po wypełnieniu zbiornika klejem epoksydowym, następuje sklejenie zewnętrznej powierzchni korpusu silnika z wewnętrzną powierzchnią kubkową części kołnierza. Po utwardzeniu sklejone połączenie zupełnie dobre.

Podczas mocowania kołnierza do korpusu najpierw oczyszcza się powierzchnie korpusu i kołnierza z zanieczyszczeń, następnie nakłada się aktywator klejowy, taki jak korzystnie Dymax 535, na wewnętrzną średnicę kołnierza, i na określoną powierzchnię, na której kołnierz będzie montowany na zewnętrznej średnicy korpusu, po czym należy odczekać dopóki nie wyparują z aktywatora rozpuszczalniki. Następnie kroplą kleju, takiego jak korzystnie żel Dymax 602, smaruje się korpus w punkcie, w którym zatrzyma się brzeg części kubkowej kołnierza. Natychmiast po posmarowaniu kroplą kleju kołnierz łączy się z korpusem poprzez obrócenie kołnierza o około 90 stopni względem korpusu w celu wymieszania aktywatora i kleju, po czym przytrzymuje się obie klejone części w odpowiednim względem siebie położeniu przewidzianym dla określonego zastosowania przez okres czasu, w którym mieszanina aktywatora i kleju ulegnie wstępnemu zestaleniu, korzystnie przez około trzech minut. Następnie połączony w ten sposób zespół umieszcza się pod lampą utwardzającą w celu utwardzenia kleju ‘nie utwardzonego przez aktywator.

Wyroby i czynności omówione w niniejszym opisie stanowią korzystne realizacje niniejszego wynalazku, jednak należy rozumieć, że wynalazek nie ogranicza się do tych określonych przykładów i, że mogą być dokonane zmiany bez odejścia od zakresu wynalazku określonego w zastrzeżeniach.

166 980

2.4 22) Λ2\ 30 84,

FIG. 2 B

-r·⁴ FIG.3A

-Κ^Ι I 3

FIG.6

FIG.7 j /¹⁴⁸ 144

FIG. 5

FIG.^A FIG.8B

FIG.9A

205

—1-1-	1
\ \
\ V
\ \	\|
	1 1 ł 1

-210

-206 —208

FIG.9B

1,4 / I ΙΟΒ—l

F IG. ΙΟΑ

FIG.IOB

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Maszyna elektryczna prądu stałego zawierająca korpus, osłonę końcową zamocowaną do korpusu, parę łożysk umieszczonych w korpusie i osłonie końcowej oraz podtrzymujących wał, magnesy trwałe osadzone w korpusie, twornik oddziaływujący magnetycznie z magnesami trwałymi zawierający wał oraz komutator osadzony na tym wale, zespół płytki szczotkowej umieszczony w korpusie ze szczotkami, i elementami sprężystymi dociskającymi szczotki do komutatora, znamienna tym, że przynajmniej łożysko (60) umieszczone w osłonie końcowej (54) zawiera łożysko samonastawne (228) i koszyczek (230), przy czym łożysko samonastawne (228) jest osadzone swobodnie na wale (32), a koszyczek (230) jest zamocowany w osłonie końcowej (54), a pomiędzy osłoną końcową (54) i korpusem (22) są osadzone elementy izolujące (94) podtrzymujące zespół płytki szczotkowej (40) w korpusie (22), zaś wokół korpusu (22) jest umieszczony i zamocowany do niego wspornik montażowy (64) z kołnierzem (246).
2. Maszyna według zastrz. 1, znamienna tym, że łożysko samonastawne (228) i koszyczek (230) są umieszczone w łożyskowym zespole mocującym (218) osadzonym w osłonie końcowej (54) przy jego otwartym końcu, między koszyczek (230), i pierwszy łożyskowy zespół mocujący (218) oraz między wspornik montażowy (64), i korpus (22) jest wprowadzony klej, przy czym zespół płytki szczotkowej (40) jest zamocowany pomiędzy osłoną końcową (54), i otwartym końcem (90) korpusu (22), a w zamkniętym końcu (74) korpusu (22) jest osadzony następny łożyskowy zespół mocujący (68) zaś pomiędzy osłoną końcową (54), i otwartym końcem (90) korpusu (22) w pobliżu zespołu płytki szczotkowej (40) są osadzone przewody (205), które są dołączone do szczotek (48).
3. Maszyna według zastrz. 1, znamienna tym, że elementy izolujące (94) są połączone sprężyście z płytką szczotkową (176) zespołu płytki szczotkowej (40) zawierającą co najmniej dwie obsady szczotkowe (42) ze szczotkami (48), przy czym elementy sprężyste zawierają co najmniej dwie sprężyny (50,198) dociskające z prawie stałą siłą szczotki (48) do komutatora (38).
4. Maszyna według zastrz. 3, znamienna tym, że sprężyny (50, 198) stanowią sprężyny taśmowe.
5. Maszyna według zastrz. 3, znamienna tym, że dla każdej ze szczotek (48) tylko jej część (208) powierzchni roboczej (206) styka się początkowo z komutatorem (38).
6. Maszyna według zastrz. 5, znamienna tym, że szczotki (48) mają początkowy punkt styku na w przybliżeniu symetrycznym torze z komutatorem (38), a sprężyny (50,198) wywierają dużą siłę początkową osadzania szczotek (48).
7. Maszyna według zastrz. 5, znamienna tym, że długość powierzchni roboczej (206) szczotek (48) jest równa co najmniej szerokości jednego zęba (134) twornika (26) i jego dwóch szczelin (128).
8. Maszyna według zastrz. 3, znamienna tym, że płytka szczotkowa (176) zawiera co najmniej cztery szczeliny (178) w kształcie litery D, w których jest mocowana obsada szczotkowa (42).
9. Maszyna według zastrz. 8, znamienna tym, że obsada szczotkowa (42) osadzona jest na płytce szczotkowej (176) dokładnie w linii względem komutatora (38) przy zmniejszeniu do minimum naprężeń płytki szczotkowej (176).
10. Maszyna według zastrz. 3, znamienna tym, że płytka szczotkowa (176) zespołu płytki szczotkowej (40) zawiera co najmniej dwie obsady szczotkowe (42, 44) ze szczotkami (48), przy czym obsady szczotkowe (42, 44) są osadzone w linii szczotek (48) względem zespołu płytki szczotkowej (40) i komutatora (38).
11. Maszyna według zastrz. 1, znamienna tym, że elementy izolujące (94) stanowią oparcie dla części łączących (57, 58, 59) osłony końcowej (54) zawierającej wycięcie (214).
12. Maszyna według zastrz. 1, znamienna tym, że elementy izolujące (94) są osadzone w wycięciach (84, 86, 88) otwartego końca (90) korpusu (22), w których jest następnie osadzona osłona końcowa (54), przy czym zamknięty koniec (74) korpusu (22) ma centryczny otwór (70) i co najmniej jedną chłodzącą szczelinę powietrzną (72).

166 980
13. Maszyna według zastrz. 3, znamienna tym, że komutator (38) zawiera wewnętrzny izolator (150) z otworem (152), przyklejony do wału (32), zewnętrzną część (148) przewodzącą elektrycznie z wieloma stykami (130), osadzoną na wewnętrznym izolatorze (150) i przyklejoną do niego, przy czym rdzeń (28) twornika (26) jest przyklejony do wału (32), i zawiera uzwojenie połączone ze stykami (130) komutatora (38).
14. Maszyna według zastrz. 1, znamienna tym, że łożysko samonastawne (228) z koszyczkiem (230) łożyska (60) jest osadzone na pierwszym czopie łożyskowym (146) wału (32) w łożyskowym zespole mocującym (68), przy czym na wale (32) jest umieszczony rdzeń (28) twornika (26) zbudowany z wielu warstw (30) mających szczeliny (128) i otoczony magnesami trwałymi (24), przekładka (126), i komutator (38), komutator (38) zawiera wewnętrzny izolator (150), i zewnętrzną część (148) przewodzącą elektrycznie z wieloma stykami (130), przy czym wewnętrzny izolator (150) jest przyklejony do wału (32) pomiędzy drugim czopem łożyskowym (144), i rdzeniem (28) twornika (26) a zewnętrzną część (148) przewodzącą elektrycznie jest umieszczona w części rdzenia (28) twornika (26), i dołączona do styków (130) komutatora (38), ponadto maszyna zawiera co najmniej dwa odrzutniki oleju (156, 158) z częścią kubkową (160) umieszczoną w pobliżu końca wału (32), jeden w pobliżu przekładki (126), a drugi w pobliżu komutatora (38), część kompensującą (175) luz osiowy umieszczoną pomiędzy częścią kubkową (160) jednego z odrzutników oleju (156), i komutatorem (38), łącznik elektryczny (98) dołączony do szczotek (48) oraz następny łożyskowy zespół mocujący (218), w którym to zespole jest osadzone, na drugim czopie łożyskowym (144) wału (32), znane łożysko samonastawne (228) z koszyczkiem (230) kolejnego łożyska (60), dalej maszyna zawiera część kompensującą (177) drgania osiowe z podkładkami (162, 164) umieszczonymi pomiędzy każdym odrzutnikiem oleju (156,158), i łożyskiem (60) oraz wiele różnych wsporników montażowych (64, 64') dołączonych do korpusu (22), przy czym każdy ze wsporników montażowych (64,64') zawiera część montażową (242) z otworem środkowym (248), i co najmniej dwa elementy montażowe (244) oraz kołnierz (246) z częścią górną (250), i częścią dolną (252), promień części górnej (250) jest większy od promienia części dolnej (252), wewnętrzna powierzchnia (258) kołnierza (246) pomiędzy częścią górną (250) a częścią dolną (252) zwęża się stopniowo od maksimum promienia części górnej (250) do minimum promienia części dolnej (252), przy czym część górna (250) ma element ustalający (260), i gdy dowolny ze wsporników montażowych (64,64') jest umieszczony na korpusie (22), kołnierz (246) każdego ze wsporników montażowych (64, 64') tworzy zbiornik dla kleju, oddziaływującego z aktywatorem, nakładanego na wewnętrzną powierzchnię kołnierza (246), i zewnętrzną powierzchnię korpusu (22).
15. Maszyna według zastrz. 14, znamienna tym, że komutator (38) posiada wiele rozmieszczonych obwodowo szczelin (128), a powierzchnia robocza (206) szczotek (48) obejmuje powierzchnię styku współpracującą przynajmniej częściowo z zewnętrzną częścią (148) przewodzącą elektrycznie komutatora (38) i co najmniej jedna jej krawędź jest umieszczona przynajmniej w pobliżu powierzchni styku, przy czym powierzchnia styku przechodzi przynajmniej przez sąsiednią parę szczelin (128), i ta co najmniej jedna krawędź nie wchodzi w żadną ze szczelin (128).
16. Maszyna według zastrz. 15, znamienna tym, że każda szczotka (48) ma skośną krawędź (212) w pobliżu powierzchni styku, która to krawędź ma kontur odpowiadający zewnętrznej części (148) przewodzącej elektrycznie komutatora (138).
17. Maszyna według zastrz. 14, znamienna tym, że każdy z magnesów trwałych (24) ma co najmniej dwa punkty styku (110,112) z korpusem (22), przy czym pomiędzy każdym z magnesów trwałych (24) i korpusem (22) nie występuje żaden ruch wahliwy.
18. Maszyna według zastrz. 17, znamienna tym, że każdy z magnesów trwałych (24) jest grubszy w części środkowej (100), i zwęża się w kierunku jego końców (102,104).
19. Maszyna według zastrz. 17, znamienna tym, że szczelina powietrzna między magnesami trwałymi (24) i rdzeniem (28) twornika (26) jest najmniejsza w środku każdego z magnesów trwałych (24), i zwiększa się stopniowo w kierunku końców każdego z magnesów trwałych (24).
20. Maszyna według zastrz. 19, znamienna tym, że każdy z magnesów trwałych (24) posiada cylindryczne powierzchnie zewnętrzną (106) i wewnętrzną (108) określone względem różnych ognisk.

166 980