EP0966072A2 - Stromwendevorrichtung für elektrische Maschinen - Google Patents
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- H01R39/46—Auxiliary means for improving current transfer, or for reducing or preventing sparking or arcing
Definitions
- the invention relates to a power turning device for Electrical machines in the preamble of claim 1 defined genus.
- Such power turning device such as in the DE 40 16 662 C2 are described, usually have one cylindrical commutator, also collector or commutator called that of a variety of axially aligned Is composed of slats that are isolated from each other and connected to one turn of an armature winding are.
- the armature winding is in an iron sheet package punched-out anchor grooves of a rotor or rotor added, which rotates together with the commutator a rotor, armature or rotor shaft that sits at electric motors the output shaft and in electric Generators the drive shaft of the electrical machine represents.
- the brushes, as coal, commutator, collector or Commutator brushes are in so-called brush cases axially displaceable and are so-called.
- the power turning device has the advantage that the concave shape of the commutator the vibration amplitude of the brushes along its outer surface be considerably restricted in the axial direction.
- the outer jacket of the commutator is provided with scoring or corrugation, which is a kind Forced guidance of the brushes on the commutator surface causes.
- This forced guidance is optimal if according to a advantageous embodiment of the invention, the pressing surface the commutator brushes with a similar grooving or Corrugation is provided so that the brushes over the two now engaging grooves or corrugations quasi are guided in the circumferential direction of the commutator. With not with grooved brushes will become one Tracking only after a short use with the first abrasion the brushes in the order of the groove depth.
- the slats of the commutator at an angle to the commutator axis aligned.
- tilting the Commutator lamellae becomes the sliding transition of the brushes from one slat to the next improved and so-called slat jumps, which from tolerance-dependent, different radial heights of the Commutator lamellae result, softened, which means that Radial vibration behavior of the brushes improved becomes.
- the pressing surface of the brushes designed so that their axial Width from the leading edge over at least one Part of the extending in the direction of rotation of the commutator Depth of the press surface increases steadily.
- the leading edge the brush is the one in the direction of rotation of the commutator at the front lying edge of the brushes.
- the power turning device shown schematically in Fig. 1 for an electrical machine comprises a commutator 10 which turn test on a rotor shaft, not shown here Rotors of the electrical machine sits, as well as at least two Brushes 11 for current supply, which are non-rotatable in the housing electrical machine are held.
- the commutator 10 is off a plurality of axially to the commutator axis 18 aligned, current-conducting commutator bars 12 composed in the circumferential direction of the commutator 10 lie next to each other and are isolated from each other.
- the Insulating surfaces are designated 13.
- the slats 12 run in slat hooks 14 on, which are used to connect the rotor winding.
- the brushes 11 are axially displaceable in the brush holder 15 added, the brush holder 15 on an im Machine housing rotates held brush holder 16 so are attached that the brushes 11 radially to the commutator 10th are aligned.
- a brush spring not shown here, that on the face away from the commutator 10 Brush 11 rests with spring pressure, the brush 11 presses with its pressing surface 111 non-positively on the circumference of the Commutator 10 on.
- the outer casing of the commutator must be kept as small as possible 10 not cylindrical, but concave.
- the commutator 10 shown in FIG. 2 is still additionally the outer jacket with corrugation or scoring 17 provided, which is enlarged in section in Fig. 4 in section is shown.
- the scoring is 17 straight teeth with symmetrical tooth flanks, where the groove spacing a, i.e. the distance between two Tooth tips, approx. 0.2 - 0.6mm and the groove depth t, i.e. the Distance from tooth tip and tooth base is approx. 0.1 - 0.4mm.
- 5 is another embodiment of a Groove 17 shown.
- the scoring shows one sinusoidal corrugation
- the groove spacing a and Groove depth t are dimensioned as in Fig. 4.
- the pressing surface 111 of the brushes 11 with one Grooving, as described, is advantageous also the pressing surface 111 of the brushes 11 with one Grooving, as described, to be provided so that the force-fitting pressing of the brushes 11 onto the commuator 10 the grooving on the pressing surface 111 and the Groove 17 on the commutator 10 interlock, whereby the Brushes 11 are practically tracked over the two creases and not significant in the direction of the commutator axis 18 can swing.
- 6 - 11 are different versions of the Pressing surface 111 of the brushes 11 shown, the Press-on surface 111 of the cross-sectional area of the brushes 11 corresponds.
- the pressing surface 111 is elliptical or oval, trapezoidal in Fig. 7 and wedge-shaped in Fig. 8 educated.
- the pressing surface is made of an oval Surface section 19 and a rectangular Surface section 20 composed.
- the Press-on surface 111 a trapezoidal surface section 21 and a rectangular surface section 20, while the Press-on surface 111 in FIG. 11 has a triangular shape Surface section 22 and a rectangular Surface section 20 has.
- the rectangular area section 20 can also be square in all exemplary embodiments be formed.
- All variants of the pressing surface 111 of the Brushes 11 have in common that the axial width of the Pressing surface 11, starting from the leading edge 24 of the Brush 11 over at least part of the in the direction of rotation Commutator 10 extending depth of the pressing surface 111 steadily increasing. 6 - 11 is the direction of rotation of the Commutator 10 marked by arrow 23. The The leading edge 24 of the brush 11 is in the direction of rotation front edge of the brush 11. Also this design of the Press-on surface 111 of the brushes 11 improves this Vibration behavior of the brushes 11 in the operation of the electrical machine.
Landscapes
- Motor Or Generator Current Collectors (AREA)
Abstract
Bei einer Stromwendevorrichtung für elektrische Maschinen mit
einem aus Lamellen (12) zusammengesetzten Kommutator (10) und
mit im wesentlichen radial zur Kommutatorachse (18)
ausgerichteten Bürsten (11), die mit Aufpreßdruck auf dem
Außenmantel des Kommutators (10) aufsitzen, ist zur Dämpfung
der Bürstenschwingungen im Betrieb der Maschine der
Außenmantel des Kommutators (10) konkav geformt.
Description
Die Erfindung geht aus von einer Stromwendevorrichtung für
elektrische Maschinen der im Oberbegriff des Anspruchs 1
definierten Gattung.
Solche Stromwendevorrichtung, wie sie beispielsweise in der
DE 40 16 662 C2 beschrieben sind, besitzen üblicherweise einen
zylinderförmigen Kommutator, auch Kollektor oder Stromwender
genannt, der aus einer Vielzahl von axial ausgerichteten
Lamellen zusammengesetzt ist, die gegeneinander isoliert sind
und an jeweils einer Windung einer Ankerwicklung angeschlossen
sind. Die Ankerwicklung ist in in einem Eisenblechpaket
ausgestanzten Ankernuten eines Rotors oder Läufers
aufgenommen, der zusammen mit dem Kommutator drehfest auf
einer Rotor-, Anker- oder Läuferwelle sitzt, die bei
elektrischen Motoren die Abtriebswelle und bei elektrischen
Generatoren die Antriebswelle der elektrischen Maschine
darstellt. Die Bürsten, als Kohle-, Stromwender-, Kollektor- oder
Kommutatorbürsten bezeichnet, sind in sog. Bürstenköchern
axial verschieblich aufgenommen und werden durch sog.
Bürstenfedern mit ihrer dem Kommutator zugekehrten Andruck- oder
Aufpreßfläche auf den Außenmantel des Kommutators
aufgepreßt. Die radial ausgerichteten Bürstenköcher sind an
einem Bürstenhalter befestigt. Bei rotierendem Kommutator
führen die Bürsten je nach Bauart des Bürstenhalters mehr oder
weniger große Schwingungen aus, die zu einer nicht
unbeträchtlichen Geräuschentwicklung führen. Gleichzeitig wird
aber dadurch auch der Stromübergang zwischen Kollektorlamellen
und den Bürsten beeinträchtigt, was zu einer höheren
Stromdichte an der Übergangsstelle führt, die sich wiederum
negativ auf den Verschleiß und die Lebensdauer der Bürsten
sowie auf den Wirkungsgrad der Maschine auswirkt.
Die erfindungsgemäße Stromwendevorrichtung hat demgegenüber
den Vorteil, daß durch die konkave Ausformung des Kommutators
längs seines Außenmantels die Schwingungsamplitude der Bürsten
in axialer Richtung erheblich eingeschränkt werden. Dies wird
noch dadurch verbessert, wenn gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung der Außenmantel des Kommutators
mit einer Rillung oder Riffelung versehen wird, die eine Art
Zwangsführung der Bürsten auf der Kommutatoroberfläche
bewirkt. Diese Zwangsführung ist optimal, wenn gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Aufpreßfläche
der Kommutatorbürsten mit einer gleichartigen Rillung oder
Riffelung versehen wird, so daß die Bürsten über die beiden
nunmehr in Eingriff stehenden Rillungen oder Riffelungen quasi
in Umfangsrichtung des Kommutators spurgeführt sind. Bei nicht
mit einer Rillung versehenen Bürsten wird sich eine solche
Spurführung erst nach kurzem Gebrauch mit dem ersten Abrieb
der Bürsten in der Größenordnung der Rillentiefe einstellen.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im
Anspruch 1 angegebenen Stromwendevorrichtung möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind
die Lamellen des Kommutators schräg zur Kommutatorachse
ausgerichtet. Durch dieses Schrägstellen der
Kommutatorlamellen wird der Gleitübergang der Bürsten von
einer Lamelle zu nächsten verbessert und sog. Lamellensprünge,
die aus toleranzbedingten, unterschiedlichen Radialhöhen der
Kommutatorlamellen resultieren, abgemildert, wodurch das
Schwingungsverhalten der Bürsten in Radialrichtung verbessert
wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
die Aufpreßfläche der Bürsten so ausgebildet, daß ihre axiale
Breite von der auflaufenden Kante aus über mindestens einen
Teil der in Drehrichtung des Kommutators sich erstreckenden
Tiefe der Aufpreßfläche stetig zunimmt. Die auflaufende Kante
der Bürste ist die in Drehrichtung des Kommutators vorn
liegende Kante der Bürsten. Mit dieser konstruktiven
Gestaltung der Bürsten-Aufpreßfläche wird ein ähnlicher
Effekt, wie vorstehend beschrieben, erzielt und damit
ebenfalls die Schwingung der Bürsten in Radialrichtung
gedämpft.
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
- Fig. 1
- eine Seitenansicht einer Stromwendevorrichtung für eine elektrische Maschine,
- Fig. 2 und 3
- jeweils eine Seitenansicht eines Kommutators der Stromwendevorrichtung in Fig. 1 gemäß zweier weiterer Ausführungsbeispiele,
- Fig. 4
- eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts IV in Fig. 2 im Längsschnitt,
- Fig. 5
- eine gleiche Darstellung wie in Fig. 4 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
- Fig. 6 bis 11
- jeweils eine Draufsicht einer Bürstenaufpreßfläche einer Bürste der Stromwendevorrichtung in Fig. 1 in sechs verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Stromwendevorrichtung
für eine elektrische Maschine umfaßt einen Kommutator 10, der
drehtest auf einer hier nicht dargestellten Rotorwelle des
Rotors der elektrischen Maschine sitzt, sowie mindestens zwei
Bürsten 11 zur Stromführung, die undrehbar im Gehäuse der
elektrischen Maschine gehalten sind. Der Kommutator 10 ist aus
einer Vielzahl von zur Kommutatorachse 18 axial
ausgerichteten, stromleitenden Kommutatorlamellen 12
zusammengesetzt, die in Umfangsrichtung des Kommutators 10
aneinanderliegen und gegeneinander isoliert sind. Die
Isolierflächen sind mit 13 bezeichnet. An dem einen Stirnende
des Kommutators 10 laufen die Lamellen 12 in Lamellenhaken 14
auf, die zum Anschluß der Rotorwicklung dienen.
Die Bürsten 11 sind in Bürstenköchern 15 axial verschieblich
aufgenommen, wobei die Bürstenköcher 15 an einem im
Maschinengehäuse drehtest gehaltenen Bürstenhalter 16 so
befestigt sind, daß die Bürsten 11 radial zum Kommutator 10
ausgerichtet sind. Eine hier nicht dargestellte Bürstenfeder,
die auf der vom Kommutator 10 abgekehrten Stirnseite der
Bürste 11 mit Federdruck aufliegt, preßt die Bürste 11 mit
ihrer Aufpreßfläche 111 kraftschlüssig auf den Umfang des
Kommutators 10 auf.
Um die beim Rotieren des Kommutators 10 entstehenden
Bürstenschwingungen zu bedämpfen und die Schwingungsamplitude
möglichst klein zu halten, ist der Außenmantel des Kommutators
10 nicht zylinderförmig ausgeführt, sondern konkav geformt.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Kommutator 10 ist noch
zusätzlich der Außenmantel mit einer Riffelung oder Rillung 17
versehen, die in Fig. 4 ausschnittweise vergrößert im Schnitt
dargestellt ist. Wie dort zu erkennen ist, ist die Rillung 17
als Geradverzahnung mit symmetrischen Zahnflanken ausgeführt,
wobei der Rillenabstand a, also der Abstand zwischen zwei
Zahnspitzen, ca. 0,2 - 0,6mm und die Rillentiefe t, also der
Abstand von Zahnspitze und Zahngrund, ca. 0,1 - 0,4mm beträgt.
In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine
Rillung 17 dargestellt. Hier weist die Rillung eine
sinusförmige Wellung auf, wobei der Rillenabstand a und
Rillentiefe t wie in Fig. 4 bemessen sind.
Wie hier nicht weiter dargestellt ist, ist es vorteilhaft,
auch die Aufpreßfläche 111 der Bürsten 11 mit einer solchen
Rillung, wie beschrieben, zu versehen, so daß beim
kraftschlüssigen Aufpressen der Bürsten 11 auf den Kommuator
10 die an der Aufpreßfläche 111 vorhandene Rillung und die
Rillung 17 am Kommutator 10 ineinandergreifen, wodurch die
Bürsten 11 über die beiden Rillungen quasi spurgeführt werden
und in Richtung der Kommutatorachse 18 nicht nennenswert
schwingen können.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Kommutator 10 sind die
Lamellen 12 nicht wie bei den beiden Kommutatoren 10 in Fig. 1
und 2 parallel zur Kommutatorachse 18 ausgerichtet, sondern
unter einem kleinen spitzen Winkel α gegen die Kommutatorachse
18 angestellt, so daß sie zwar wiederum parallel zueinander
aber zur Kommutatorachse 18 schräg verlaufen. Durch diese
Schrägstellung der Kommutatorlamellen 12 wird der
Gleitübergang der Bürsten 11 von einer Lamelle 12 zur nächsten
verbessert und sog. Lamellensprünge, die aus
toleranzbedingten, unterschiedlichen Radialhöhen der
Kommutatorlamellen 12 resultieren, wesentlich abgemildert, was
sich günstig auf das Schwingungsverhalten der Bürste 11
auswirkt.
In Fig. 6 - 11 sind verschiedene Ausführungen der
Aufpreßfläche 111 der Bürsten 11 dargestellt, wobei die
Aufpreßfläche 111 der Querschnittsfläche der Bürsten 11
entspricht. In Fig. 6 ist die Aufpreßfläche 111 elliptisch
oder oval, in Fig. 7 trapezförmig und in Fig. 8 keilförmig
ausgebildet. In Fig. 9 ist die Aufpreßfläche aus einem ovalen
Flächenabschnitt 19 und einem rechteckförmigen
Flächenabschnitt 20 zusammengesetzt. In Fig. 10 weist die
Aufpreßfläche 111 einen trapezförmigen Flächenabschnitt 21 und
einen rechteckförmigen Flächenabschnitt 20 auf, während die
Aufpreßfläche 111 in Fig. 11 einen dreieckförmigen
Flächenabschnitt 22 und einen rechteckförmigen
Flächenabschnitt 20 hat. Der rechteckförmige Flächenabschnitt
20 kann in allen Ausführungsbeispielen auch quadratisch
ausgebildet werden. Allen Varianten der Aufpreßfläche 111 der
Bürsten 11 ist gemeinsam, daß die axiale Breite der
Aufpreßfläche 11, ausgehend von der auflaufenden Kante 24 der
Bürste 11 über mindestens einen Teil der in Drehrichtung des
Kommutators 10 sich erstreckenden Tiefe der Aufpreßfläche 111
stetig zunimmt. In Fig. 6 - 11 ist die Drehrichtung des
Kommutators 10 durch den Pfeil 23 gekennzeichnet. Die
auflaufende Kante 24 der Bürste 11 ist die in Drehrichtung
vordere Kante der Bürste 11. Auch diese Gestaltung der
Aufpreßfläche 111 der Bürsten 11 verbessert das
Schwingungsverhalten der Bürsten 11 im Betrieb der
elektrischen Maschine.
Claims (8)
- Stromwendevorrichtung für elektrische Maschinen mit einem aus stromleitenden Lamellen (12) zusammengesetzten Kommutator (10) und mit im wesentlichen radial zur Kommutatorachse (18) ausgerichteten, stromführenden Bürsten (11), die mit Aufpreßdruck auf dem Außenmantel des Kommutators (10) aufsitzen, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel des Kommutators (10) konkav geformt ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel des Kommutators (10) mit einer Rillung (17) versehen ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillung (17) eine Zahnung mit symmetrischen Zahnflanken oder eine sinusförmige Wellung ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillentiefe (t) ca. 0,1 - 0,4mm und der Rillenabstand (a) ca. 0,2 - 0,6mm beträgt.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Außenmantel des Kommutators (10) aufliegende Aufpreßfläche (111) der Bürste (11) eine gleiche Rillung trägt.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (12) des Kommutators (10) schräg zur Kommutatorachse (18) ausgerichtet sind.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Breite der auf dem Außenmantel des Kommutators (10) aufsitzenden Aufpreßfläche (111) der Bürsten (11), ausgehend von der in Drehrichtung (23) des Kommutators (10) gesehen auflaufenden Kante (24) aus, über mindestens einen Teil der in Drehrichtung (23) des Kommutators (10) sich erstreckenden Tiefe der Aufpreßfläche (111) stetig zunimmt.
- Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufpreßfläche (111) trapezförmig, keilförmig oder oval ist oder aus einem rechteckigen oder quadratischen Flächenabschnitt (20) und aus einem trapezförmigen, dreieckförmigen oder ovalen Flächenabschnitt (21,22,19) zusammengesetzt ist.
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