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Patent Searching and Data


Title:
ELECTRIC MOTOR WITH COMMUTATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/046899
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electric motor comprising a commutator and lever-type carbon brushes which are elastically pressed against said commutator and pivot about a pivot axis. A connecting line which is perpendicular to the pivot axis and extends between the centre point of a carbon brush contact surface and said pivot axis tangentially contacts the outside of the commutator. The aim of the invention is to reduce the size of such a carbon brush unit. To this end each lever-type carbon brush comprises a bearing bush which is mounted such that it is able to rotate coaxially in relation to the pivot axis and a moulded part which is made of a conductive material and fixedly joined to the bearing bush. The moulded part forms the carbon brush contact surface and presents a connecting point which is in direct electrical contact with the carbon brush contact surface and serves to electrically connect the carbon brush. The bearing bush is made of a more durable material than the moulded part.

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Inventors:
GROSSKOPF REIMAR (CH)
NEUMANN FRANK (CH)
Application Number:
PCT/EP2000/000855
Publication Date:
August 10, 2000
Filing Date:
February 03, 2000
Export Citation:
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Assignee:
INTERELECTRIC AG (CH)
GROSSKOPF REIMAR (CH)
NEUMANN FRANK (CH)
International Classes:
H01R39/415; H02K5/14; H02K13/00; (IPC1-7): H02K5/14; H01R39/415
Foreign References:
DE29605114U11996-07-11
DE9010578U11990-09-13
FR2565042A11985-11-29
US3145316A1964-08-18
DE9112104U11993-01-28
EP0538620A11993-04-28
US4868433A1989-09-19
Attorney, Agent or Firm:
Grünecker, Kinkeldey Stockmair Schwanhäusser (Maximilianstrasse 58 München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Elektromotor mit einem Kommutator und darauf federnd aufdrückenden, um eine Schwenkachse (B) schwenkbare Hebelbürsten (6,7), wobei eine senkrecht zur Schwenkachse (B) verlaufende Verbindungslinien (C) zwischen dem Mittelpunkt einer Bürstenkontaktfläche (24) und der Schwenkachse (B) tangential an der KommutatorAußenfläche anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hebel bürste (6,7) eine koaxial zur Schwenkachse (B) drehbar angeordnete Lager buchse (20) aufweist und einen aus einem leiffähigen Material gebildeten und mit der Lagerbuchse (20) fest verbundenen Formkörper (21) aufweist, der die Bür stenkontaktflachen (21) bildet und eine mit der Bürstenkontaktftäche (24) in direk tem elektrischen Kontakt stehende Anschlußstelle (33) zum elektrischen Verbin den der Hebelbürste (6,7) umfaßt, und daß die Lagerbuchse (20) aus einem stabilerem Werkstoff besteht als der Formkörper (21).
2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebelbürste (6,7) einen um die Schwenkachse (B) schwenkbaren Steg (23) aufweist, an des sen Stirnfläche (24) die Bürstenkontaktftäche gebildet ist.
3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die He beibürste (6,7) eine an die Lagerbuchse (20) angrenzende Anschlußnase (33) umfaßt, die sich quer zur Verbindungslinie (C) erstreckt und an der die An schlußstelle angeordnet ist.
4. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstelle von einer fest im Formkörper (21) verankerten Litze (16,17) gebildet ist.
5. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Formkörper (21) eine Hinterschneidung (28) eingeformt ist, in die das eine Ende (31,32) eines Federelementes (8,9) eingreift.
6. Elektromotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebelbürste (6,7) einen kreisbogenförmigen Rücken (22) aufweist, der konzentrisch zur Schwenkachse (B) angeordnet ist und der in die Hinterschneidung (28) übergeht, und daß eine Rollbandfeder (8,9) bereichsweise an dem Rücken (22) entlangge führt ist, die mit ihrem entrollten Ende (29,31 ; 30,32) in die Hinterschneidung (28) eingreift und mit ihrem aufgerollten Ende (10,11) in einer Tasche (12,13) eines Gehäuseabschnitts angeordnet ist.
Description:
Elektromotor mit einem Kommutator Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Kommutator und darauf federnd aufdrückenden, um eine Schwenkachse schwenkbare Hebelbürsten, wobei ei- ne senkrecht zur Schwenkachse zwischen dem Mittelpunkt einer Bürstenkontakffläche und der Schwenkachse verlaufenden Verbindungslinie tangential an der Kollektor- Außenfläche anliegt.

Bei derartig gestalteten Elektromotoren handelt es sich meist um Kleinmotoren für die unterschiedlichsten Anwendungsfalle. Eine gattungsgemäße Bürstenanordnung eines Elektromotors ist in dem deutschen Gebrauchsmuster 29605114 beschrieben. Bei die- ser Anordnung drücken zwei gegenüberliegende Hebelbürsten mit ihrem Bürstenkon- taktbereich auf den Kommutator. Die Hebelbürsten werden von einem gepreßten Form- körper aus Graphit mit leitenden Zusätzen gebildet. Gegenüberliegend dem Kontaktflä- chenende der Hebelbürsten ist ein Lagerauge ausgeformt, das auf einen Achszapfen am Bürstendeckel aufgesteckt ist, so daß jede Hebelbürste um eine Schwenkachse schwenkbar gehalten ist. Eine gedachte Verbindungslinie zwischen dem Berührungs- punkt der Bürstenkontaktftäche und der Schwenkachse der Hebelbürste liegt tangential an der Kommutator-Außenfläche an. Der Grund liegt darin, daß eine derartige Bürsten- anordnung für beide Drehrichtungen geeignet ist. Insbesondere soll der Verschleiß der Hebelbürste unabhängig von der Drehrichtung gleichmäßig sein. In die Hebelbürste beim Herstellungs-bzw. Preßvorgang eingeformt ist eine Anschlußlitze, die mit entspre- chenden Anschtußkontakten in Verbindung steht. Das Aufdrücken der Hebelbürsten auf den Kommutator erfolgt mittels Rollfedern, die auf den Rücken der Hebelbürsten auf- drücken. Eine solche Konstruktion hat sich zwar bewährt, jedoch bestehen Bestrebun- gen, die Anordnung weiter zu verkleinern und die Miniaturisierung voranzutreiben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor der eingangs ge- nannten Art, insbesondere bezüglich seiner Bürstenanordnung, hinsichtlich des erfor- derlichen Platzbedarfes zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Hebelbürste eine koaxial zur Schwenkachse drehbar angeordnete Lagerbuchse aufweist und einen aus einem teitfähigen Material gebildeten und mit der Lagerbuchse fest verbundenen Form- körper aufweist, der die Bürstenkontaktflache bildet und eine mit der Bürstenkontaktftä- che in direktem elektrischen Kontakt stehende Anschlußstelle zum elektrischen Verbin- den der Hebelbürste umfaßt, und daß die Lagerbuchse aus einem stabileren Werkstoff besteht als der Formkörper.

Die Erfindung bietet demnach den Vorteil, daß weiterhin die Drehrichtungsunabhängig- keit beibehalten wird, daß die Anschlußstelie unmittelbar mit der Bürstenkontaktftäche in elektrischer Verbindung steht und daß eine Lagerbuchse aus stabilerem Material ver- wendet wird. Unter stabilerem Werkstoff wird jeglicher Werkstoff verstanden, der bezüg- lich seiner Lagereigenschaften besser, bzw. haltbarer ist, als der Werkstoff des Form- körpers. Das bedeutet, daß die Wandstärke, mit der die Lagerbuchse ausgeführt ist be- deutend geringer ausfallen kann, als die früher verwendete Wandstärke des gepreßten Formkörpers im Bereich des Lagerauges. Hierdurch läßt sich die Schwenkachse der Lagerstelle näher an dem Kommutator anordnen und der Hebelarm reduzieren. Durch die Verwendung einer Lagerbuchse aus geeignetem, stabilem Material, läßt sich auch der Verschleiß der Lagerstelle erheblich reduzieren. Hierdurch ist es möglich, den Ab- schnitt des Formkörpers, der die Bürstenkontaktftäche bildet, so auszugestalten, daß ei- ne möglichst große Verschleißlänge vorliegt und die Hebelbürsten sehr lange im Einsatz sein können. Die Lagerbuchse läßt sich in geeigneter Weise während des Herstellungs- vorgangs mit dem Formkörper oder durch nachtragliches Einpressen bzw. Verkleben verbinden.

Zwar gibt es bereits Konstruktionen, bei denen einfache Graphit-Stifte von einem aus Blech gebogenem Hebelarm gehalten werden. Jedoch weisen diese den Nachteil auf, daß die Anschlußstelle an dem Blechteil angeordnet ist. Hierdurch muß eine besondere Sorgfalt bei der Herstellung der Verbindung von dem Hebelarm und dem Graphit-Stift aufgewendet werden, damit ein ausreichend guter elektrischer Übergang gewährleistet ist. Dies ist allerdings mit einem die ganze Konstruktion verteuernden Aufwand verbun- den. Bei der vorliegenden Erfindung wird trotz Verwendung einer stabilen Lagerhülse die Anschlußstelle weiter am Formkörper und somit in direkter elektrischer Verbindung mit der Bürstenkontaktfiäche gehalten. Teure Lötstellen und ähnliches sind nicht not- wendig. Aufgrund der meist hohlzylindrischen Form der Lagerbuchse läßt diese sich während des Herstellungsvorgangs des Formkörpers zumindest teilweise in diesen ein- betten. Die Lagerbuchse wird möglichst über einen Umfangwinkel von >180° in den Formkörper eingebettet, so daß eine sichere Verankerung gegeben ist.

Günstigerweise kann die Hebelbürste einen um die Schwenkachse schwenkbaren Steg aufweisen, an dessen Stirnfläche die Bürstenkontaktfiäche gebildet ist. Die Höhe des Steges bestimmt dann im wesentlichen die Verschleißlänge der Hebelbürste, da diese in aller Regel solange im Einsatz bleiben kann, bis der Steg nahezu abgetragen ist.

Die Hebetbürste kann eine an die Lagerbuchse angrenzende Anschlußnase umfassen, die sich quer zur Verbindungslinie erstreckt und an der die Anschlußstelle angeordnet ist. Da der Formkörper beliebig ausformbar ist, läßt sich sehr leicht eine derartige An- schlußnase anbringen. Da diese quer zur Verbindungslinie angeordnet ist, ist diese auch an die Krümmung der Kommutatoroberfläche anpaßbar, so daß auch für den An- schluß Platz eingespart werden kann. Das bedeutet, daß die Anschlußnase z. B. auf der der Bürstenkontaktfiäche gegenüberliegenden Seite der Schwenkachse, in Richtung auf den Kommutator zu, abknickt.

Bevorzugt kann die Anschlußstelle von einer fest im Formkörper verankerten Litze ge- bildet sein. insbesondere eine aus dünnen Kupferdrähten geflochtene Litze läßt sich sehr gut mit ausreichender Stabilität in den Formkörper einbetten. Des weiteren ist sie ausreichend flexibel und gewährleistet eine gute Kontaktierung z. B. an Kontakffahnen der Motoranschlüsse.

Um ein die Andrückkraft auf die Hebelbürste aufbringendes Federelement sicher an der Hebelbürste zu befestigen, kann in dem Formkörper eine Hinterschneidung ein- geformt sein, in die das eine Ende des Federelementes eingreift. Durch das direkte Ein- greifen an dem Formkörper müssen keine zusatzlichen Bauelemente zur Verankerung der Feder vorgesehen werden, die die Anordnung verteuern würden.

Vorteilhafterweise kann die Hebelbürste einen kreisbogenförmigen Rücken aufweisen, der konzentrisch zur Schwenkachse angeordnet ist und der in die Hinterschneidung übergeht, und daß eine Rollbandfeder bereichsweise an dem Rücken entlanggeführt ist, die mit ihrem entrollten Ende in die Hinterschneidung eingreift und mit ihrem aufgerollten Ende in einer Tasche eines Gehäuseabschnitts angeordnet ist. Zwar können auch an- dere Federelemente, z. B. Drehfedern, verwendet werden, jedoch hat sich die Rollband- feder, insbesondere wegen des sich aufgrund des Bürstenverschleißes ändernden Fe- derweges, als sehr gut geeignet herausgestellt. Insbesondere im Neuzustand der He- belbürste liegt der entrollte Endabschnitt der Rollbandfeder weitgehend flächig an dem Rücken der Hebelbürste an und nimmt somit kaum mehr Platz in der ausgefahrenen als später in der eingefahrenen Stellung ein. Durch die Führung des Rollbandes entlang des Rückens der Hebelbürste läßt sich auch das aufgerollte Ende der Rollbandfeder äußerst platzsparend und sehr nahe an dem Kommutator anordnen, was zu einer weite- ren Reduzierung der Größe führt.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Vorderansicht einer Bürstenanordnung eines Elektromotors, wobei die linke Bürste im Neuzustand und die rechte Bürste in einem abgenutzten Zustand dargestellt sind, Fig. 2 eine Vorderansicht einer Hebelbürste, Fig. 3 die Hebelbürste aus Fig. 2 entlang der Linie lil-lil geschnitten, Fig. 4 die Hebelbürste aus Fig. 2 in einer perspektivischen Vorderansicht und Fig. 5 die Hebelbürste aus Fig. 4 in einer perspektivischen Rückansicht.

In Fig. 1 ist ein an die Außenkontur des Elektromotors angepaßter Bürstendeckel 1 dar- gestellt, der Ausformungen 2 und 3 aufweist, in denen die im folgenden noch näher be- schriebene Bürstenanordnung vorgesehen ist. Zentrisch im Bürstendeckel 1 dreht sich die Kollektorwelle 4 eines Kommutators mit darauf angeordneten und voneinander iso- lierten Lamellen 5. Die Lamellen 5 sind an ihrem Außenumfang so ausgeformt, daß sie eine jeweils zwischen den Lamellen 5 unterbrochene Zylinderoberfläche formen.

Auf die Lamellen 5 drücken diametral zur Achse A zwei Hebelbürsten 6 und 7, die je- weils über eine Rollbandfeder 8 bzw. 9 federnd auf die Lamellen 5 aufgedrückt werden.

Die Rollbandfedern sind mit ihren aufgerollten Enden 10 und 11 jeweils in einer Tasche 12 bzw. 13 der Ausformung 2 und 3 angeordnet. Die Taschen 12 und 13 umschließen die zugehörigen Rollbandfedern 8 und 9 derart, daß sie nur parallel zur Achse A in die- se einsetzbar sind.

Durch den Bürstendeckel 1 erstrecken sich diametral gegenüberliegend Anschlußfah- nen 14 und 15, die zusammen mit Litzen 16 und 17 für einen Anschluß der Hebelbür- sten 6 und 7 sorgen. Die Litzen 16 und 17 bestehen bevorzugt aus dünnem, geflochte- nem Kupferdraht und sind mit den Anschlußfahnen 14 und 15 verschweißt. Sie weisen eine Lange auf, die ausreichend ist, um die Hebelbürste 6 oder 7 auch in ihrem ver- schlissenen Zustand noch ausreichend elektrisch zu verbinden.

Die Hebelbürsten 6 und 7 sind jeweils um einen Achsbolzen 18 bzw. 19 und somit um eine Schwenkachse B schwenkbar gelagert. Die Achsbolzen 18 und 19 weisen eine zy- lindermantelförmige Lagerflache auf.

Unter Zuhilfenahme der Fig. 2 bis 5 wird nunmehr der Aufbau bzw. die Form der Hebel- bürsten 6 und 7 näher erläutert. Die Hebelbürsten 6 und 7 bestehen im wesentlichen aus einer hohlzylindrischen Lagerbuchse 20, einem mit dieser fest verbundenen Form- körper 21 und einer in den Formkörper eingebetteten Litze 16,17. Der Formkörper 21 besteht aus gepreßtem Graphitpulver, in dem Kupfer-und/oder Silberanteile eingelagert sind. Die Verbindung zwischen der aus einem festeren Werkstoff bestehenden Lager- buchse 20 und dem Formkörper 21 kann während des Herstellvorgangs des Formkör- pers 21 oder nachträglich, z. B. durch Verkleben, erfolgen. Insbesondere anhand der Fig. 2 ist sehr gut zu erkennen, daß der Formkörper 21 die Lagerbuchse 20 um mehr als 180° umschließt, so daß eine gute Verankerung der Lagerbuchse 20 erfolgt ist. Ob- wohl eine derartige teilweise Einbettung der Lagerbuchse 20 vollkommen ausreichend ist, kann sie auch vollständig in diese eingebettet werden.

Die Hebelbürsten 6,7 weisen einen zylindermantelförmigen Rücken 22 auf, der sich über einen Winkelbereich von ca. 180° im Neuzustand der Hebelbürsten 6 und 7 er- streckt. Ungefähr über einen Winkel von 90° erstreckt sich ein bogenförmiger Steg 23 von im wesentlichen gleichbleibender Dicke, dessen Stirnfläche 24 gleichzeitig die Kontaktfläche der Hebelbürste 6,7 bildet. Der Steg 23 wird demnach von einem Teil des Rückens 22 und einer ebenfalls zylindermantelförmig gekrümmten Innenfläche 25 seit- lich begrenzt. Hierdurch entsteht zwischen dem Steg 23 und der Lagerbuchse 20 eine Aussparung 26. Die Bogenlänge des Steges 23 gibt vor, um welchen Betrag die Hebel- bürste 6,7 verschleißen darf. Deshalb Itiflt sich der Steg 23 auch konzentrisch um die Achse B schwenken. Auf der gegenüberliegenden Seite weist der Formkörper 21 eine erste Nase 27 auf, die in eine V-förmige Hinterschneidung 28 übergeht. Betrachtet man die Fig. 1, so ist zu erkennen, daß das abgerollte Ende 29,30 der Rollbandfeder 8,9 mit einer hakenartigen Anformung 31,32 die Nase 27 umgreift und in der Hinterschneidung 28 verankert ist. Bei der linken, noch nicht verschlissenen Rollbandfeder 8 ist sehr gut zu erkennen, wie diese an dem Rücken 22 der Hebelbürste 6 über einen Winkelbereich von mindestens 90° anliegt.

Angrenzend an die Aussparung 28 ist am Formkörper 21 eine zweite Nase 33 vorgese- hen. Die Nase 33 dient zur Ausgestaltung der Anschlußstelle. In ihr ist die Litze 16 bzw.

17 eingebettet. Damit die Litze 16,17 keinen zusätzlichen seitlichen Einbauraum erfor- dert, weist die zweite Nase 33 einen Stufenabsatz 34 auf, so daß die Litze 16,17 platz- sparend umgebogen werden kann. Durch das Einbetten der Litzen 16 bzw. 17 in der zweiten Nase 33 stehen diese durch den Formkörper 21 in direktem elektrischen Kon- takt mit der Kontaktfläche 24. Die zweite Nase 33 ist nach unten abgewinkelt, so daß sie zur Bürstenkontaktfläche 24 im Neuzustand der Hebelbürsten 6,7 einen Winkel von ungefähr 125° einnimmt. Hierdurch faßt sich die Anschlußstelle näher an der Anschluß- fahne 15 anordnen, wodurch störende Einflüsse der Litze 16/17 auf die Beweglichkeit der Bürste reduziert und Vorteile bei der Montage geschaffen werden.

In der Fig. 1 ist ebenfalls zu erkennen, daß eine gedachte Verbindungslinie C sich in der Berührstelle der Kontaktfläche 24 mit den Lamellen 5 und der Schwenkachse B tangen- tial an dem Außenumfang der Lame) ! en 5 (d. h. senkrecht zum zugeordneten Radius lauft) anliegt. Hierdurch wird eine Unabhängigkeit der Drehrichtung erreicht, da für die Bürsten keine Vorzugsrichtung gegeben ist. Da sich die Kontaktfläche 24 sehr bald an den Außenumfang der Lamellen 5 anpaßt, wird für diese Betrachtung ein Berührmittel- punkt der Kontaktfläche 24 mit den Lamellen 5 angenommen. Dieser liegt aufgrund der Drehrichtungsunabhängigkeit in der Mitte der Kontaktfläche 24.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Erfindung näher erläutert.

Aufgrund der Federwirkung der Rollbandfedern 8 bzw. 9 und deren Bestreben sich auf- zurollen, werden die Hebelbürsten 6,7 mit ihren Kontaktflächen 24 auf die Lamellen 5 mit einer vorbestimmten Kraft aufgedrückt. Die Hebelbürsten 6,7 sind mit ihren Lager- buchsen 20 auf den Achsbolzen 18 bzw. 19 schwenkbar angeordnet. Aufgrund des stabilen, z. B. metallischen, Werkstoffes weisen die Lagerbuchsen 20 eine hohe Stabili- tät für diesen Anwendungszweck auf. Darüber hinaus können sie relativ nah an der Kollektorwelle 4 mit den Lamellen 5 angeordnet werden. Im Laufe der Zeit schleift sich die Kontaktfläche 24 paßgenau an die Lamellen 5 an und der Steg 23 nutzt sich im Laufe des Gebrauchs durch die Rotation der Kollektorwelle 4 des Elektromotors ab. Da- bei wird aufgrund der geschickten Anordnung der Rollbandfeder 8 bzw. 9 ständig eine Federkraft auf die Hebelbürsten 6 und 7 aufgebracht.

Aufgrund der Ausgestaltung der Hebelbürsten 6 und 7 läßt sich ein relativ langer Steg 23 ausformen, so daß sich bei verkleinerter Bauweise der Hebelbürsten 6,7 trotzdem eine höhere Standzeit erzielen faßt. Der Abstand von der Kontaktfläche 24 zur Schwenkachse B faßt sich bei dieser Ausgestaltung verringern.