DE4108971A1

DE4108971A1 - Elektrischer kommutator

Info

Publication number: DE4108971A1
Application number: DE4108971A
Authority: DE
Inventors: Dale Langdon
Original assignee: Toledo Commutator Co
Current assignee: Toledo Commutator Co
Priority date: 1990-03-19
Filing date: 1991-03-19
Publication date: 1991-09-26
Also published as: JPH0783573B2; US5107160A; ITTO910200A0; IT1245469B; JPH04222440A; ITTO910200A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Kommutator für Elektromotoren u. dgl.

Elektrische Kommutatoren, wie sie in Elektromotoren u. dgl. verwendet werden, weisen typischerweise eine Mehrzahl von Kommutatorsegmenten auf, die zur Bildung einer rohrförmigen zylindrischen Hülse angeordnet sind. Diese Kommutatorsegmente sind aus elektrisch leitendem Material, gewöhnlich Kupfer hergestellt und sind voneinander durch elektrisch isolierendes Material getrennt. Dieses elektrisch isolierende Material kann einen Luftspalt, Glimmer, Phenolharz sowie andere Substanzen enthalten.

Um den Kommutator mit den elektrischen Wicklungen des Motors zu verbinden, ist an einem Ende jedes Kommutatorsegments ein Wicklungsheftlappen vorgesehen. Diese Wicklungsheftlappen erstrecken sich typischerweise von den Kommutatorsegmenten radial nach außen und sind nach rückwärts über die Kommutatorhülse gebogen, so daß ein Teil jedes Heftlappens über der Kommutatorhülse zu liegen kommt.

Es gibt zwei gewöhnlich benutzte Verfahren zur Herstellung von Kommutatoren. In der einen Methode wird eine Mehrzahl von individuellen Kommutatorsegmenten im Inneren einer zylindrischen Gießform angeordnet. Jedes Kommutatorsegment umfaßt typischerweise einen Verankerungsteil, der von dem Kommutatorsegment radial nach innen vorsteht, während die Isolationseinrichtung, beispielsweise eine Glimmerschicht, ebenfalls zwischen benachbarten Kommutatorsegmenten angeordnet sein kann. Danach werden die Verankerungsteile der Kommutatorsegmente mit einem elektrisch isolierenden Material eingekapselt, welches nach Aushärtung die Kommutatorsegmente aneinander sichert.

In dem zweiten und weniger teueren Typ von Kommutator, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, wird der Kommutator durch Biegen eines Streifens 10 aus leitendem Material in eine zylindrische Hülse gebildet. Der Streifen 10 des leitenden Materials umfaßt eine Mehrzahl von in Abstand voneinander angeordneten Heftlappen 14, die nach außen von einer Seite des Streifens vorstehen. Sobald die Hülse geformt ist, stehen demnach die Heftlappen 14 von einem axialen Ende der Hülse nach außen vor. Die Verankerungsteile erstrecken sich vom Inneren der Hülse nach innen und diese Verankerungsteile sind mit einem gießbaren Isolationsmaterial 16 eingebettet, welches nach Aushärtung die Verankerungsteile miteinander fest verbindet.

Danach wird ein sich axial erstreckender Schlitz 20 in den Kommutator zwischen jedem benachbarten Paar von Wicklungsheftlappen 14 eingearbeitet, so daß die Schlitze 20 sich gänzlich durch den leitenden Streifen 10 erstrecken. Dabei bilden die Schlitze 20 eine Mehrzahl von Kommutatorsegmenten 22, die elektrisch durch das Einbettungsmaterial 16 sowie vom Luftspalt, der durch den Schlitz 20 gebildet wird, voneinander elektrisch isoliert sind. Wie ferner aus Fig. 1 hervorgeht, erstreckt sich der Schlitz 20 in den Raum 24 zwischen benachbarten Heftlappen, endet jedoch kurz vor der Kante des Einkapselungsmaterials 16, die so einen Fluiddamm 26 bildet. Dieser Damm 26 hindert das zur Verbindung der elektrischen Kommutatordrähte benutzte Kunstharz herauszutropfen und in den Schlitz 20 einzutreten. Andernfalls müßten die Schlitze 20 hinterschnitten oder erneut bearbeitet werden, um solchen Kunstharz zu entfernen.

Ein hauptsächlicher Nachteil der vorbekannten hüllenartigen Kommutatoren liegt darin, daß die Verdrahtungsheftlappen 14 durch die in dem Vergußmaterial 26 eingebetteten Verankerungsteile ununterstützt bleiben. Unter hoher Drehgeschwindigkeit des Kommutators haben demnach die Verdrahtungsheftlappen die Tendenz sich abzubiegen, wodurch nicht nur der Kommutator, sondern auch die elektrischen Wicklungen des Motors beschädigt werden können.

Die vorliegende Erfindung schafft einen hüllenartigen Kommutator, der die beschriebenen Nachteile der bekannten Einrichtungen vermeidet.

Kurz gesagt, der Kommutator nach der Erfindung wird durch Biegen eines Streifens von leitendem Material, typischerweise Kupfer, in eine zylindrische Hülse hergestellt. Der leitende Streifen umfaßt eine Mehrzahl von im Abstand voneinander angeordneten Heftlappen, die von einer Seite des Streifens nach außen vorstehen, so daß, wenn der Streifen in eine zylindrische Hülse gebogen wird, die Heftlappen von einem axialen Ende der Hülse nach außen vorstehen. Der Streifen umfaßt mindestens einen und vorzugsweise zwei mit Aussparungen versehene Teile im Raum zwischen zwei benachbarten Heftlappen. Sobald der Streifen in eine rohrförmige Hülse gebogen ist, sind diese mit Aussparungen versehenen Teile radial nach innen von der äußeren Peripherie des Kommutators beabstandet.

Danach wird die innere Oberfläche der Hülse mit einem isolierenden und aushärtenden Material, beispielsweise Phenolharz, eingebettet. Dieses Material bettet nicht nur die vom Inneren des Streifens vorstehenden Verankerungsteile ein, sondern auch die mit Aussparungen versehenen Teile in dem Raum zwischen benachbarten Wicklungsheftlappen.

Danach werden axial sich erstreckende und am Umfang verteilte Schlitze in die äußere Peripherie der Kommutatorhülse gefräst, so daß die Schlitze sich von einem Mittelpunkt im Raum zwischen benachbarten Heftlappen zum entgegengesetzten axialen Ende der Hülse erstrecken. Diese Schlitze weisen eine genügende Tiefe auf, d. h. sie erstrecken sich gänzlich durch das leitende Material und bilden so eine Mehrzahl von am Umfang verteilten Kommutatorsegmenten, die elektrisch voneinander isoliert sind.

Da in der Praxis die mit Aussparungen versehenen Teile der Hülse in dem Raum zwischen benachbarten Heftlappen in dem Gießmaterial eingebettet sind, versteifen diese mit Aussparungen versehenen Teile zusammen mit dem einbettenden Vergußmaterial die Heftlappen gegen Biegung während der Rotation mit hoher Geschwindigkeit des Kommutators. Dadurch wird der Kommutator nicht nur gegen Beschädigung geschützt, sondern auch die Motorwicklungen infolge der Abbiegung der Wicklungsheftlappen.

Die Erfindung ist mit Bezug auf die folgende Detailbeschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung besser verständlich, wobei entsprechende Bezugszeichen sich auf gleiche Teile in der verschiedenen Ansichten beziehen. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht eines Kommutators nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Teils des Kommutators während eines anfänglichen Herstellungsschritts;

Fig. 3 eine axiale Endansicht der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und zur Darstellung eines weiteren Schritts in der Herstellung des Kommutators;

Fig. 4 eine Teilansicht zur Darstellung eines Teils der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einem weiteren Herstellungsschritt;

Fig. 5 eine Ansicht eines fertigen Kommutators zur Darstellung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 6 eine Schnittansicht entlang der Linie 6-6 in Fig. 5.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird der Kommutator nach der Erfindung zuerst aus einem länglichen Streifen 30 aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise Kupfer, hergestellt. Der Streifen 30 umfaßt eine Mehrzahl von Wicklungsheftlappen 32, die von einer Seite des Streifens 30 sich nach außen erstrecken, so daß ein Raum 34 zwischen benachbarten Paaren von Wicklungsheftlappen 32 gebildet wird. Eine Mehrzahl von Verankerungsteilen 36 sind auf der einen Seite des Streifens 30 vorgesehen.

Mit Bezug auf Fig. 2 und 4 sind mindestens ein, vorzugsweise 2 mit Aussparungen versehene Teile 38 in dem Raum zwischen benachbarten Heftlappen 32 vorgesehen. Diese mit Aussparungen versehenen Teile 38 sind in der gleichen Richtung wie die Verankerungsteile 36 (Fig. 2) von der Oberfläche des Streifens 30 mit einer Aussparung versehen. Wie am besten aus Fig. 4 ersichtlich, sind die mit Aussparungen versehenen Teile 38 voneinander beabstandet, wie bei 40 dargestellt.

Mit Bezug auf Fig. 3 wird der Streifen 30 in eine rohrförmige zylindrische Hülse 42 gebogen, so daß die Heftlappen 32 von einem axialen Ende der Hülse 30 nach außen vorstehen. Wenn der Streifen 30 zur Hülse 42 gebogen ist, stehen die mit Aussparungen versehenen Teile 38 radial nach innen von der äußeren Oberfläche der Hülse 30.

Mit Bezug auf Fig. 5 und 6 wird der innere Rand der Hülse 30 mit einem fließfähigen härtbaren Material 44 ausgegossen, der außerdem einen elektrischen Isolator darstellt. Es kann ein konventionelles Material 40 benutzt werden, beispielsweise Phenolharz, Epoxyharz, Melamin und Polyester, welche nach Aushärtung steif werden. Sobald das Vergußmaterial 44 hart geworden ist, verankert es (Fig. 6) nicht nur die Verankerungsteile 36 des Streifens 30, sondern auch die mit Aussparungen versehenen Teile 38 (von denen eines gezeigt ist) in dem Raum 34 zwischen benachbarten Windungsheftlappen 30.

Wenn das Vergußmaterial 44 ausgehärtet ist, wird ein sich axial erstreckender Schlitz 46 zwischen jedem Paar der Heftlappen 32 gefräst, wie in Fig. 4 und 5 angedeutet. Wie am besten aus Fig. 4 hervorgeht, erstreckt sich jeder Schlitz 46 von einem mittleren Teil im Raum 40 zwischen den mit Aussparungen versehenen Teilen 38 zum entgegengesetzten axialen Ende 48 der Hülse 42. Da sich der Schlitz 46 nicht vollständig axial durch den Kommutator erstreckt, bildet das Vergußmaterial 44 einen Damm 50 am Ende 52 jedes Schlitzes 46. Dieser Damm 50 verhindert, daß das zum Tröpfeln neigende Kunstharz, welches typischerweise zur Befestigung der Kommutatordrähte untereinander verwendet wird, in die Schlitze 46 eintritt. Andernfalls würde es notwendig sein, die Schlitze 46 mit einem Hinterschnitt zu versehen oder diese erneut zu bearbeiten, um das Kunstharz zu entfernen.

Wie am besten aus Fig. 6 hervorgeht, sind die Verdrahtungsheftlappen 32 konventionell über den fertigen Kommutator nach rückwärts gebogen. Die Kommutatordrähte 54 werden dann um die Heftlappen 32 in normaler Weise gewickelt.

Die mit Aussparungen versehenen Teile 38 dienen zusammen mit ihrer Einbettung in dem Vergußmaterial 44 (Fig. 6) dazu, die Wicklungsheftlappen 32 gegen Abbiegung während der Drehung mit hoher Geschwindigkeit des Kommutators zu versteifen und zu verstärken. Dies ist in scharfem Gegensatz zu zuvor bekannten Kommutatoren, welche die mit Aussparungen versehenen Teile 38 nicht umfassen. Mit diesen zuvor bekannten Kommutatoren, welche die mit Aussparungen versehenen Teile 38 nicht einschließen, führt die Massenträgheit der Verdrahtungsheftlappen 32 bei der hohen Drehgeschwindigkeit der Kommutatoren dazu, daß sich die Verdrahtungsheftlappen 32 abbiegen und relativ zueinander sowie zu dem Hauptkörper des Kommutators bewegen. Dies führt nicht nur zu Beanspruchungen des Kommutators, sondern auch der Kommutatordrähte. Beschädigungen an den Motorbürsten, den Motorwindungen und/oder dem Kommutator folgten häufig.

Claims

1. Elektrischer Kommutator mit folgenden Merkmalen:
der Kommutator ist durch Biegen eines Streifens (30) leitenden Materials mit nach außen sich erstreckenden und voneinander beabstandeten Heftlappen entlang einer Seite in eine zylindrische Hülse mit zwei axialen Enden hergestellt;
die Heftlappen (32) erstrecken sich von einem axialen Ende der Hülse axial nach außen;
die Hülse (42) wird in elektrisch isolierendes Material zur Bildung eines halbfertigen Kommutatorkörpers eingebettet;
eine Mehrzahl von am Umfang verteilten und axial sich erstreckenden Schlitzen (46) wird in den halbfertigen Kommutatorkörper gefräst, so daß sich jeder Schlitz (46) vom anderen axialen Ende der Hülse (42) zu dem Raum zwischen benachbarten Heftlappen (32) an dem einen Ende der Hülse erstreckt, so daß jeder Schlitz (46) sich gänzlich durch den Streifen (30) des leitenden Materials erstreckt, um so eine Mehrzahl vom am Umfang verteilten und elektrisch voneinander isolierten Kommutatorsegmenten zu bilden,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Einrichtung zur Verstärkung der Heftlappen (32) gegen Biegung während der Rotation des Kommutators vorgesehen ist,
daß die Verstärkungseinrichtung eine Mehrzahl von radial nach innen und mit Aussparung versehenen Teilen (38) des leitenden Streifens (30) umfaßt,
daß jeweils ein mit Aussparung versehener Teil (38) in jedem Raum zwischen Paaren benachbarter Heftlappen (32) vorgesehen ist, und
daß das Einbettungsmaterial (44) die mit Aussparung versehenen Teile (38) bedeckt und einkapselt und dabei die Heftlappen (32) gegen Biegung während der Rotation des Kommutators verstärkt.

2. Kommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von mit Aussparungen versehenen Teilen (38) in jedem Raum zwischen benachbarten Heftlappen (32) vorgesehen ist und daß die mit Aussparungen versehenen Teile (38) in jedem Raum sich im großen und ganzen axial mit Bezug auf die Hülse (42) erstrecken und in Umfangsrichtung gesehen voneinander einen Abstand einnehmen.

3. Kommutator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (42) aus Kupfer besteht.

4. Kommutator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (46) sich von einem mittleren Punkt zwischen den mit Aussparungen versehenen Teilen (38) erstreckt, so daß das Einbettungsmaterial einen Damm (50) an dem Ende jedes Schlitzes benachbart den Heftlappen (32) bildet.