DE69301191T2

DE69301191T2 - Zusammengesetzter Kommutator

Info

Publication number: DE69301191T2
Application number: DE69301191T
Authority: DE
Inventors: Seung Pun Ho; Georg Strobl
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric SA
Priority date: 1992-04-25
Filing date: 1993-03-30
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2013-03-31
Also published as: BR9301644A; EP0571072A1; JP3396505B2; EP0571072B1; GB9208980D0; KR100300557B1; CN1033117C; DE69301191D1; ES2081687T3; KR930022676A; US5373209A; JPH0689769A; CN1078071A

Description

Die Erfindung betrifft einen zusammengesetzten Kommutator, bei dem im Gegensatz zu dem durch Formen hergestellten Kommutator, bei dem die Metallteile in den geformten isolierenden Unterbau des Kommutators eingesetzt werden, der Unterbau des Kommutators und die Metallteile separat hergestellt und danach zusammengesetzt werden.
Insbesondere betrifft die Erfindung einen zusammengesetzten Kommutator, der mit die Isolierung verdrängenden Klemmen für eine Verbindung mit den Ankerleitungen versehen ist, die beim Berühren der Leitungen die Isolierung zerschneiden, die auf den Leitungen vorhanden ist, und die in die Oberflächen der leitenden Drahtkerne der Leitungen einschneiden.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Europäische Patentspezifikation Nr. 0106444 offenbart einen zusammengesetzten Kommutator, wie beispielsweise diesen, der aufweist: einen isolierenden zylindrischen Abschnitt, der eine äußere Auflagefläche besitzt; mindestens drei Kommutatorsegmente, von denen jedes einen bogenförmigen Bürstenkontaktabschnitt aufweist, der auf der Auflagefläche aufliegt; einen isolierenden Gehäuseabschnitt, der mindestens drei Gehäuse aufweist, die entsprechend mit sich axial erstreckenden Aussparungen und mit Positioniereinrichtungen für die Ankerleitungen gebildet werden; und mindestens drei geschlitzte, die Isolierung verdrängende Klemmen, die entsprechend so in den Aussparungen angeordnet sind, daß sie entsprechend mit den Positioniereinrichtungen zusammenwirken, um einen elektrischen Kontakt mit den Ankerleitungen herzustellen.
Bei dieser Form der Konstruktion werden die Kommutatorsegmente mit den Klemmen in einem Stück gebildet, und diese zusammengesetzten Bauelemente und der Unterbau des Kommutators, der isolierende zylindrische und Gehäuseabschnitte aufweist, werden so gebildet, daß ein jedes der zusammengesetzten Bauelemente auf dem Unterbau des Kommutators bei einer einzelnen Translationsbewegung positioniert werden kann, bei der das zusammengesetzte Bauelement relativ zum Unterbau des Kommutators bewegt wird, und bei der die Schneidkanten, die an den Klemmen der zusammengesetzten Bauelemente vorhanden sind, die Isolierung zerschneiden, die auf den Ankerdrähten vorhanden ist, und in die leitenden Drahtkerne dieser Leitungen einschneiden.
Obgleich diese Form der Konstruktion die automatische Montage des Kommutators gestattet, schließt die erforderliche gleichzeitige Ausrichtung der verschiedenen Teile der zusammengesetzten Bauelemente mit den dazugehörenden Teilen des Unterbaus des Kommutators eine gewisse Schwierigkeit ein. Weil die bogenförmigen Abschnitte der Kommutatorsegmente einen guten elektrischen Kontakt mit den Bürsten eines Elektromotors bewirken müssen, wohingegen die Klemmen durch die Isolierung und die äußeren Flächen der Ankerleitungsdrähte hindurchschneiden müssen, ist es außerdem nicht immer einfach, ein zusammengesetztes Bauelement aus einem Material zur Verfügung zu stellen, das optimale Eigenschaften für diese beiden Zwecke besitzt.
Außerdem sind für einen Rotor der gleichen Größe, für einen ähnlichen Motor, bei dem aber eine unterschiedliche Drahtgröße für die Ankerwicklung benutzt wird ein unterschiedliches Gehäuse und ein unterschiedlicher Satz von Segmenten erforderlich, um die Größe der die Isolierung verdrängenden Schlitze zu verändern, damit der Draht mit der abweichenden Größe aufgenommen werden kann.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen zusammengesetzten Kommutator zur Verfügung zu stellen, bei dem diese Schwierigkeiten, denen man bei den bekannten zusammengesetzten Kommutatoren begegnet, zumindestens in gewissem Maß überwunden werden.
Das wird erreicht, indem ein zusammengesetzter Kommutator zur Verfügung gestellt wird, bei dem ein jedes Kommutatorsegment eine Arretierung aufweist, die sich axial von einem Ende des Bürstenkontaktabschnittes aus in eine entsprechende Aussparung hinein erstreckt, und die physikalisch mit der darin angeordneten Klemme in Berührung kommt, um elektrische Verbindungen zwischen den Ankerleitungen und den entsprechenden Kommutatorsegmenten zu bewirken.
Entsprechend der Erfindung wird daher ein zusammengesetzter Kommutator bereitgestellt, der aufweist: einen Segmentkontaktabschnitt, der eine äußere Auflagefläche besitzt; mindestens drei Kommutatorsegmente, die jeweils einen Bürstenkontaktabschnitt, der auf der äußeren Auflagefläche aufliegt, und eine Arretierung besitzen, die sich axial von einem Ende des Bürstenkontaktabschnittes aus erstreckt; einen Gehäuseabschnitt, der mindestens drei Gehäuse besitzt, die entsprechend mit den sich axial erstreckenden Aussparungen, die entsprechend die Arretierungen aufnehmen, und mit Positioniereinrichtungen für die Ankerleitungen gebildet werden; und mindestens drei separate geschlitzte, die Isolierung verdrängende Klemmen, die entsprechend mit den Arretierungen verbunden werden, die entsprechend in den Aussparungen angeordnet sind und mit den Positioniereinrichtungen zusammenwirken, um die Ankerleitungen elektrisch mit den entsprechenden Kommutatorsegmenten zu verbinden.
Bei dieser Form der Konstruktion können die Klemmen in einem Arbeitsgang in die Aussparungen eingesetzt werden, und die Arretierungen der Kommutatorsegmente können in die Aussparungen in einem anschließenden Arbeitsgang eingesetzt werden. Das vereinfacht nicht nur die Montage, es gestattet auch eine größere Sorgfalt, um eine sachgemäße Verdrängung der Isolierung während des Einsetzens der Klemmen in die Aussparungen zu sichern.
Bei einer bevorzugten Ausführung bestehen die Kommutatorsegmente und die Klemmen aus verschiedenen Materialien. Daher können die Kommutatorsegmente beispielsweise der guten Leitfähigkeit wegen aus Kupfer bestehen, wohingegen die Klemmen aus Messing bestehen können, das härter ist als Kupfer, um gute Schneidkanten für die Verdrängung der Isolierung und den Eingriff in die äußeren Oberflächen der Drahtkerne der Ankerleitungen durch eine Schneidwirkung zu liefern.
Die Arretierungen, Aussparungen und Klemmen können so ausgebildet sein, daß die Arretierungen beim axialen Einsetzen der Arretierungen in die entsprechenden Aussparungen in Querrichtung in einen Eingriff mit den entsprechenden Klemmen gepreßt werden.
Entsprechend einer Form der Konstruktion weisen die Klemmen Laminatelemente auf, die entsprechend in winklig beabstandeten radialen Ebenen angeordnet sind; die Arretierungen weisen gabelförmige Elemente mit Zacken auf, die die entsprechenden Klemmen überbrücken; und jede Arretierung verläuft so kegelförmig, daß die Zacken einer jeden Arretierung beim axialen Einsetzen der Arretierungen in die entsprechenden Aussparungen zusammengepreßt werden, um die Klemme einzuklemmen, die sie überbrücken.
Als Alternative oder zusätzlich kann der Teil einer jeden Aussparung, der die Arretierung aufnimmt, ebenfalls kegelförmig sein, um eine Klemmwirkung zu bewirken. Konstruktionen, wie beispielsweise diese, können jedoch schwierig durch Formen hergestellt werden, und so bevorzugt man die Bereitstellung der "klemmenden" Kegelförmigkeit allein bei den Arretierungen.
In diesem Fall wird jede Zacke vorzugsweise mit einem Widerhaken gebildet, der in die Aussparung eingreift, in der die Arretierung angeordnet wird, und eine jede Zacke verläuft kegelförmig vom Widerhaken aus.
Um die Herstellung zu erleichtern, wird jede Klemme vorzugsweise aus einem einzelnen Stück eines gestanzten und abgekanteten Bleches hergestellt, weil es einfacher ist, das dünnere Blech zu stanzen, selbst wenn der Scherschnitt zweimal so lang ist. Das ist von besonderer Bedeutung, wenn Schlitze für das Bewirken eines Eingriffs mit Drähten mit kleinem Durchmesser geschnitten werden, weil die Stärke des Bleches vorzugsweise kleiner sein sollte als die Breite der Schlitze, die in das Blech gestanzt werden.
Obgleich der Segmentauflageabschnitt und der Gehäuseabschnitt die integrierten Teile eines Unterbaus des Kommutators aufweisen können, begegnet man beim Formen dieses relativ großen und komplizierten Bauelementes Schwierigkeiten, und so bevorzugt man, daß der Segmentauflageabschnitt und der Gehäuseabschnitt als separate Elemente gebildet werden, die anschließend miteinander verbunden werden.
Bei dieser Form der Konstruktion ist es daher möglich, den Gehäuseabschnitt des Kommutators an den Anker eines Elektromotors anzupassen und elektrische Verbindungen zwischen den Ankerleitungen und den Klemmen herzustellen, bevor der Segmentauflageabschnitt angebaut wird, wodurch mehr Platz für das Einsetzen der Klemmen in die Aussparungen im Gehäuseabschnitt zur Verfügung steht, und wodurch dieser Arbeitsgang vereinfacht wird.
Ein weiterer Vorteil dieser Konstruktion der Erfindung ist, daß die Segmente und der Segmentauflageabschnitt standardisiert für einen Kommutator hergestellt werden können, der eine spezielle Anzahl von Segmenten aufweist, wobei der Gehäuseabschnitt (wenn die Notwendigkeit vorhanden ist) und die Klemmen verändert werden, um die Ankerwicklungen aus unterschiedlichen Drahtgrößen aufzunehmen. Gleichzeitig können die Klemmen für den Ankerwicklungsdraht der gleichen Größe ungeachtet der tatsächlichen Anzahl der Pole des Ankers standardisiert werden.
Es muß bemerkt werden, daß die Klemmen vor oder nach dem Wickeln des Ankers an die Gehäuse in Abhängigkeit von der Ausrichtung der Klemmen angepaßt werden können. Die Anpassung nach dem Wickeln wird bevorzugt, da sie zu einer größeren Zuverlässigkeit und zu einem mechanischen Schutz der Verbindung zwischen der Klemme und der Ankerleitung führt.
Eine Ausführung der Erfindung wird hierin nachfolgend nur mittels des Beispiels und mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Während die Erfindung in Verbindung mit einem zylindrischen Kommutator beschrieben wird, muß man sich vergegenwärtigen, daß die Erfindung gleichermaßen für Frontplatten- oder Planarkommutatoren anwendbar ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 und 2 sind eine axiale Stirnseitenansicht und eine Seitenschnittansicht eines Gehäuseabschnittes eines zusammengesetzten zylindrischen Kommutators entsprechend der Erfindung;
Fig. 3 und 4 sind schematische isometrische Ansichten eines zylindrischen Segmentauflageabschnittes eines zusammengesetzten Kommutators in Verbindung mit einem Gehäuseabschnitt wie er in Fig. 1 und 2 gezeigt wird, in zwei verschiedenen Stadien der Montage des Kommutators, wobei der Gehäuseabschnitt der Deutlichkeit wegen unvollständig gezeigt wird;
Fig. 5 ist eine schematische isometrische Ansicht, die der Fig. 4 gleicht, die aber eine eingepaßte Klemme und ein Kommutatorsegment zeigt, das für die Montage mit den zylindrischen und Gehäuseabschnitten angeordnet ist.;
Fig. 6 ist ein Rohling, der aus einem Messingblech gestanzt wurde, und der für die Herstellung einer Klemme, wie sie in Fig. 5 gezeigt wird, verwendet wird;
Fig. 7 und 8 sind Seiten- und Stimseitenansichten einer Klemme, die aus dem Rohling hergestellt wurde, der in Fig. 6 gezeigt wird; und
Fig. 9 und 10 sind schematische isometrische Ansichten eines Kommutatorsegmentes und einer Klemme vor und nach der Montage des Kommutatorsegmentes mit der Klemme, wobei die zylindrischen und die Gehäuseabschnitte der Deutlichkeit wegen weggelassen wurden.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

In Fig. 1 und 2 weist ein kreisförmiger Gehäuseabschnitt 6 eine Nabe 14 auf, die einen Ring 15 mit zwölf radialen Vorsprüngen 16 trägt, die zusammen mit dem Ring 15 zwölf Gehäuse 7 bilden, die jeweils eine "T"- förmige Aussparung 89 bilden, die einen inneren, sich peripher erstreckenden Abschnitt 8 und einen äußeren, sich radial erstreckenden Abschnitt 9 aufweist.
Der radiale Vorsprung 16 eines jeden Gehäuses 7 wird mit zwei sich quer erstreckenden Schlitzen 10 gebildet, die durch eine Trennwand 17 getrennt werden, und diese dienen als Positioniereinrichtung für das Anordnen der Ankerleitungen 11 (in Fig. 1 werden nur zwei davon gezeigt) relativ zum Gehäuse 7. Beim Montieren eines Elektromotors wird ein Gehäuseabschnitt 6 (wird in Fig. 3 bis 5 nur teilweise gezeigt) auf der Motorwelle, angrenzend an den Anker, montiert und an Ort und Stelle mittels eines Klebstoffes oder einer bestimmten anderen Befestigungseinrichtung gesichert. Ein zylindrischer Segmentauflageabschnitt 1 wird danach mit dem Gehäuseabschnitt 6 mittels eines sich axial erstreckenden Verbindungsstückes 18 verbunden, das vom Ring 15 aufgenommen wird, wie in Fig. 3 und 4 gezeigt wird.
Der Gehäuseabschnitt 6 wird ebenfalls mit drei gleichwinklig beabstandeten Vorsprüngen 19 gebildet, die sich sowohl radial als auch axial in die komplementären Aussparungen 20 hinein erstrecken, die im zylindrischen Abschnitt 1 gebildet werden, um den zylindrischen Abschnitt 1 und den Gehäuseabschnitt 6 miteinander zu verkeilen.
Jedes Kommutatorsegment 3 wird aus Kupferblech. das typischerweise 0,8 mm stark ist, gestanzt und besitzt, wie in Fig. 5, 9 und 10 gezeigt wird, einen bogenförmigen Abschnitt 4, der auf der äußeren Auflagefläche 2 des zylindrischen Abschnittes 1 aufliegt, eine Arretierung 5 an einem Ende des bogenförmigen Abschnittes 4 und einen Haken, der einen sich radial nach innen zu erstreckenden Abschnitt 21 und einen sich axial erstreckenden Abschnitt 22 am anderen Ende aufweist. Diese Hakenabschnitte 21, 22 werden innerhalb der zwölf peripher beabstandeten und sich radial erstreckenden Kerben 23, die im äußeren Ende 24 des zylindrischen Abschnittes 1 gebildet werden, und innerhalb der sich axial erstreckenden Aussparungen 25 aufgenommen, die mit den radialen inneren Enden der Kerben 23 in Verbindung stehen.
Nachdem der zylindrische Abschnitt 1 an den Gehäuseabschnitt 6 angebaut wurde, wie in Fig. 3 und 4 gezeigt wird, werden die Klemmen 12 in die äußeren, sich radial erstreckenden Abschnitte 9 der Aussparungen 89 eingesetzt und erstrecken sich über die inneren, sich peripher erstreckenden Abschnitte 8. Die Kommutatorsegmente 3 werden danach auf der äußeren Auflagefläche 2 des zylindrischen Abschnittes 1 angeordnet und axial in ihre Montagepositionen bewegt, wie schematisch in Fig. 9 und 10 gezeigt wird. Wie in Fig. 6 gezeigt wird, wird jeder Klemmenrohling 26 aus einem dünnen Messingblech, das typischerweise 0,5 mm stark ist, gestanzt und so abgekantet, wie in Fig. 7 und 8 gezeigt wird, um eine zweischichtige Klemme 12, die die zwei Schlitze 27 aufweist, die durch eine Trennwand 28 getrennt werden, und einen Widerhaken 29 an ihrem radialen äußeren Ende für einen gesicherten Eingriff mit dem radialen äußeren Ende der Aussparung 89, in die die Klemme 12 eingesetzt wird, zu bilden. Ein jeder Schlitz 27, der typischerweise 0,85 mm breit ist, und der für die Aufnahme einer Ankerleitung 11 mit einem Durchmesser von 1 mm vorhanden ist, besitzt eine konvergierende Öffnung 30 und zwei scharfe Ränder 31.
Während der Wicklung des Ankers werden die Ankerleitungen 11 über der Oberfläche der Gehäuse 7 angeordnet und durch die sich quer erstreckenden Schlitze 10 in Position gehalten. Die Schlitze und die Trennwand 17 eines jeden Gehäuses 7 tragen mindestens eine Ankerleitung 11, während die Klemme 12 eingesetzt wird. Während dieses Arbeitsganges zerschneiden die scharfen Ränder 31 die Isolierung auf jeder Leitung 11 und schneiden in die äußere Schicht des Drahtkernes der Leitung 11 ein. Die Schlitze 27 und die Trennwand 28 in der Klemme 12 wirken dann mit den Schlitzen 10 und der Trennwand 17 zusammen, um eine jede der Leitungen 11 festzuklemmen, die durch die Schlitze 10 und die Trennwand 17 getragen werden.
Wie in Fig. 9 und 10 gezeigt wird, ist jede Arretierung 5 ein gabelförmiges Element, das zwei Zacken 13 aufweist, die eine Klemme 12 überbrücken, die in eine Aussparung 89 eingesetzt wird, und die in dem inneren, sich peripher erstreckenden Abschnitt 8 der Aussparung 89 aufgenommen werden. Wie gezeigt wird, sind die äußeren Ränder der Zacken 13 mit den Widerhaken 14 versehen, und sie konvergieren, um eine kegelförmige Arretierung 5 zur Verfügung zu stellen. Wenn die Zacken 13 in den inneren Aussparungsabschnitt 8 auf den gegenüberliegenden Seiten der Klemme 12 eingesetzt werden, wirkt daher das kegelförmige Ende der Arretierung 5 mit den im wesentlichen parallelen Seitenwänden des inneren Aussparungsabschnittes 8 zusammen, um die Zacken 13 zueinander hin zu pressen, um somit das radial innere Ende der Klemme 12 festzuklemmen. Gleichzeitig haken die Widerhaken 14 in diese Seitenwände ein und widerstehen somit der axialen Bewegung des Kommutatorsegmentes 3. Die Klemme 12 wird daher durch den Widerhaken 29 an ihrem radialen äußeren Ende und durch die Widerhaken 14 an den Zacken 13 am anderen Ende sicher an Ort und Stelle gehalten.
Ein gleicher Widerhaken, der nicht gezeigt wird, kann ebenfalls am freien Ende eines jeden sich axial erstreckenden Hakenabschnittes 22 vorhanden sein, um einen verriegelnden Eingriff mit der inneren Fläche einer sich axial erstreckenden Aussparung 25 zu bewirken.

Claims

1. Zusammengesetzter Kommutator, der aufweist:

einen Segmentauflageabschnitt (1), der eine äußere Auflagefläche (2) besitzt;

mindestens drei Kommutatorsegmente (3), die jeweils einen Bürstenkontaktabschnitt (4) besitzen, der auf der Auflagefläche (2) aufliegt;

einen Gehäuseabschnitt (6), der mindestens drei Gehäuse (7) besitzt, die entsprechend mit sich axial erstreckenden Aussparungen (89) und mit Positioniereinrichtungen (10) für die Ankerleitungen (11) gebildet werden; und

mindestens drei separate geschlitzte, die Isolierung verdrängende Klemmen (12), die entsprechend in den Aussparungen (89) angeordnet werden und mit den entsprechenden Positioniereinrichtungen (10) zusammenwirken, um einen elektrischen Kontakt mit den Ankerleitungen herzustellen,

dadurch gekennzeichnet, daß:

jedes Kommutatorsegment (3) eine Arretierung (5) aufweist, die sich axial von einem Ende des Bürstenkontaktabschnittes (4) aus in eine entsprechende Aussparung (89) hinein erstreckt, und die physikalisch mit der darin angeordneten Klemme (12) in Berührung kommt, um elektrische Verbindungen zwischen den Ankerleitungen (11) und den entsprechenden Kommutatorsegmenten (3) zu bewirken.

2. Kommutator nach Anspruch 1, bei dem die Kommutatorsegmente (3) und die Klemmen (12) aus unterschiedlichen Materialien bestehen.

3. Kommutator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretierungen (5), die Aussparungen (89) und die Klemmen (12) so geformt sind, daß die Arretierungen (5) beim axialen Einsetzen der Arretierungen (5) in die entsprechenden Aussparungen (89) in Querrichtung in einen Eingriff mit den entsprechenden Klemmen (12) gepreßt werden.

4. Kommutator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß:

die Klemmen (12) Laminatelemente aufweisen, die entsprechend in winklig beabstandeten radialen Ebenen angeordnet sind;

die Arretierungen (5) gabelförmige Elemente mit Zacken (13) aufweisen, die die entsprechenden Klemmen (12) überbrücken; und

jede Arretierung (5) so kegelförmig verläuft, daß die Zacken (13) einer jeden Arretierung (5) beim axialen Einsetzen der Arretierungen (5) in die entsprechenden Aussparungen (89) zusammengepreßt werden, um die Klemme (12) festzuklemmen, die sie überbrücken.

5. Kommutator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zacke (13) mit einem Widerhaken (14) gebildet wird, der mit der Aussparung (89) in Eingriff kommt, in der die Arretierung (5) angeordnet wird, und daß jede Zacke kegelförmig vom Widerhaken (14) aus verläuft.

6. Kommutator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jede Klemme (12) aus einem einzigen Stück des gestanzten und abgekanteten Bleches gebildet wird.

7. Kommutator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Segmentauflageabschnitt (1) und der Gehäuseabschnitt (6) separate, miteinander verbundene Elemente sind.