ES2312932T3 - Portaescobillas para un motor electrico. - Google Patents
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Abstract
Un motor de un conmutador, que incluye un estator (12), un rotor bobinado (16), un conmutador (18), una abrazadera (24) de soporte y al menos dos conjuntos de portaescobillas, donde cada portaescobillas comprende una escobilla (32), una jaula (30) de escobilla y un resorte (33) de escobilla, estando instalada la jaula (30) de escobilla en un orificio pasante radial (28) en l abrazadera (24) de soporte, para dirigir la escobilla hacia el conmutador (18), caracterizado por una pinza (34) para la jaula, situada entre la jaula (30) de escobilla y el orificio pasante radial (28), que tiene un primer conjunto de púas (44) que encajan y agarran a una pared (38) del orificio pasante (28), para impedir la extracción de la pinza (34) desde el orificio pasante (28), una vez insertada, y un segundo conjunto de púas (42), que encajan y agarran una superficie exterior de la jaula (30) de escobilla, para impedir la extracción de la jaula (30) de escobilla, desde el orificio pasante (28).
Description
Portaescobillas para un motor eléctrico.
Esta invención está relacionada con motores
eléctricos y, en particular, con un conjunto de soporte de
escobillas para un pequeño motor eléctrico
Muchos motores eléctricos pequeños del tipo de
escobillas, tal como los motores de tipo universal de potencia
fraccionaria y los motores miniatura de CC, tienen jaulas de
escobillas para guiar las escobillas para que hagan contacto con un
conmutador. Es común que las jaulas de escobillas sean esencialmente
tubos de latón, en los cuales se deslizan las escobillas bajo la
influencia de un resorte de escobilla. Los tubos de escobillas
están fijados a la estructura del motor para asegurar una colocación
precisa de la posición del contacto entre la escobilla y el
conmutador. A menudo la estructura del motor incluye una abrazadera
de soporte hecha de plástico o material aislante similar, y los
tubos de latón son presionados en orificios de la abrazadera de
soporte. Alternativamente, cuando la abrazadera de soporte es
eléctricamente conductora, se utiliza un casquillo aislante para
fijar el tubo de latón a la abrazadera de soporte.
El tubo de escobillas requiere medios para
fijarlo dentro del orificio del aislante. Esto se hace normalmente
en forma de escalón, que impide que el tubo sea presionado aún más,
y un apéndice elevado que se deforma elásticamente a medida que se
presiona el tubo, pero se ajusta a presión en un rebaje a medida que
el tubo se inserta totalmente para impedir la extracción.
El tubo de latón es un conjunto de precisión. Si
las dimensiones internas del tubo son demasiado pequeñas, la
escobilla no deslizará, y si es demasiado grande, la escobilla
cabeceará dentro del tubo, originando chispas en el conmutador, lo
que conduce a un rápido desgaste tanto de la escobilla como del
conmutador. Además, el orificio en el aislante debe ser controlado
estrechamente, de manera que el tubo quedará sujeto cómodamente,
pero no tan estrechamente como para deformar el tubo y atrapar la
escobilla. Otra desventaja es que el apéndice de ajuste a presión
no es muy elástico y a menudo no rebota suficientemente para
mantener adecuadamente el tubo en su sitio. Para superar este
problema, el rebaje del apéndice se hace mayor para asegurar la
holgura entre el apéndice y el borde del rebaje, pero esto permite
el movimiento axial de tubo de escobillas, que conduce también a
originar chispas con la vibración.
Aunque algunos motores no utilizan una jaula de
escobilla de latón, sino que permiten que la escobilla deslice
directamente en orificio pasante de la abrazadera de soporte, esto
no es aceptable para motores de alta velocidad y alta potencia,
donde el posicionamiento y la disipación de calor son problemas
críticos.
Se conoce un motor de conmutador de acuerdo con
el preámbulo de la reivindicación 1, por medio de la patente de
Estados Unidos US 5.631.513.
La presente invención supera estos problemas
proporcionando una pinza independiente que agarra tanto el aislante
como la jaula de escobilla, para impedir la extracción de la caja de
escobillas.
Consecuentemente, la presente invención
proporciona un motor de conmutador, incluyendo un estator, un rotor
bobinado, una abrazadera de soporte y al menos dos conjuntos de
soportes de escobillas, donde cada soporte de escobillas comprende
una escobilla, una jaula de escobilla y un resorte de escobilla,
estando ajustada la jaula de escobilla en un orificio pasante
radial en la abrazadera de soporte para dirigir la escobilla hacia
el conmutador, caracterizado por una pinza de la jaula que tiene un
primer conjunto de púas que encajan y atrapan una pared del
orificio pasante, para impedir la extracción de la pinza del
orificio pasante, una vez insertada, y un segundo conjunto de púas
que encajan y atrapan una superficie exterior de la jaula de
escobilla, para impedir la extracción de la jaula de escobilla desde
el orificio pasante.
Preferiblemente, la jaula de escobilla deforma
elásticamente el segundo conjunto de púas en la inserción,
asegurando con ello un buen contacto entre el segundo conjunto de
púas y la jaula.
Preferiblemente, la deformación elástica da como
resultado una pretensión lateral en la jaula, reduciendo la holgura
lateral entre la jaula y el orificio pasante.
Preferiblemente, la pinza tiene forma de U y se
asienta a modo de horquilla sobre una pared del orificio
pasante.
Preferiblemente, la pinza tiene un apéndice
exterior que contiene el primer conjunto de púas y un apéndice
interior que contiene el segundo conjunto de púas.
\newpage
Preferiblemente, el apéndice exterior es más
corto que el apéndice interior y tiene un extremo distal curvado
hacia fuera.
Preferiblemente, el primer conjunto de púas está
dirigido hacia dentro y hacia atrás.
Preferiblemente, el segundo conjunto de púas
está dirigido hacia fuera y hacia delante.
Preferiblemente, al menos algunas de las púas
son resaltes cortados y elevados.
Preferiblemente, la pinza es de un material
conductor elástico.
Preferiblemente, el material es acero
inoxidable.
Preferiblemente, la abrazadera de soporte es un
material aislante moldeado.
Alternativamente, la abrazadera de soporte es
una pieza de metal estampada en forma de U, que tiene un aislante
de material aislante moldeado, ajustado en cada patilla, formando
cada aislante el orificio pasante para recibir una respectiva jaula
de escobilla.
La presente invención proporciona también un
método de montaje de un motor de un conmutador que tiene un estator,
una abrazadera de soporte, un rotor bobinado y dos conjuntos de
escobillas en jaula, incluyendo el método los pasos de: ajustar el
rotor en el estator y en la abrazadera de soporte, y ajustar los
conjuntos de escobillas en un respectivo orificio pasante en una de
las abrazaderas de soporte, incluyendo dicho ajuste de conjuntos de
escobillas los pasos de: proporcionar una pinza de la jaula que
tiene un primer conjunto de púas y un segundo conjunto de púas,
insertar la pinza de la jaula en el orificio pasante, para que pueda
encajar el primer conjunto de púas con la pared del orificio
pasante, y para evitar que encaje el segundo conjunto de púas con la
pared del orificio pasante, insertar una jaula de escobilla en el
orificio pasante para deformar elásticamente el segundo conjunto de
púas, al insertar y encajar el segundo conjunto de púas, al
desplazarse la jaula en la dirección opuesta, insertar una
escobilla en la jaula, insertar un resorte de escobilla en la jaula
para empujar la escobilla de manera que haga contacto con el
conmutador, y capturar el resorte para que permanezca en contacto
elástico con la escobilla.
Preferiblemente, la pinza tiene forma de U y es
presionada hacia el interior del orificio pasante, para montarse a
modo de horquilla en la pared, y es presionada hasta que una base de
la U entra en contacto con la pared.
Preferiblemente, la jaula está provista de un
tapón externo, y la jaula es presionada hacia el interior del
orificio pasante, hasta que el tapón entra en contacto con la
abrazadera de soporte.
Preferiblemente, el método incluye el paso de
utilizar la elasticidad del segundo conjunto deformado de púas,
para proporcionar una pretensión lateral en la jaula de escobilla,
para reducir la holgura lateral de la jaula dentro del orificio
pasante.
Se describirán ahora los modos de realización
preferidos de la invención, solamente a modo de ejemplo, con
referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:
La figura 1 representa un motor universal que
incorpora un conjunto de escobillas, de acuerdo con la presente
invención;
Las figuras 2, 3 y 4 son vistas detalladas del
conjunto de escobillas del motor de la figura 1, en diversas etapas
de montaje;
La figura 5 es una vista en perspectiva de una
pinza que forma parte del conjunto de escobillas;
La figura 6 es un esquema detallado en sección,
que muestra la función de la pinza de la figura 5;
La figura 7 es una vista en perspectiva de una
pinza alternativa; y
La figura 8 es una vista en perspectiva de una
pinza alternativa adicional.
Se ilustrará la presente invención describiendo
un modo de realización preferido del conjunto de escobillas, como
se usa en un motor universal como el ilustrado en la figura 1. El
motor universal 10 tiene un núcleo laminado 12 del estator, que
soporta los devanados 14 del estator. Un rotor bobinado 16, que
incluye un conmutador 18 y un eje 20, está situado extendiéndose a
través del núcleo 12 del estator. Una abrazadera 22 de soporte de
salida está fijada a un extremo axial del núcleo del estator. Hay
fijada una abrazadera 24 de un cojinete de salida al otro extremo
axial del núcleo 12 del estator. Las abrazaderas 22, 24 del cojinete
están fijadas al núcleo 12 del estator por medio de unos tornillos
25, que se extienden a través de los orificios en las abrazaderas
22, 24 y a través o a lo largo del núcleo 12 del estator. Ambas
abrazaderas 22, 24 soportan cojinetes en los cuales está articulado
el eje 20. La abrazadera 22 de salida tiene forma de U y puede
incluir orificios adicionales para montar el motor a un aparato. La
abrazadera 24 de entrada tiene también forma de U, y el conmutador
está situado entre las patillas 26 de la abrazadera de entrada. Cada
patilla de la abrazadera de entrada tiene también un orificio
radial 28, formado a su través. Las jaulas 30 de las escobillas
están acomodadas en los orificios 28 para guiar a las escobillas 32
de carbón, situadas dentro de las jaulas, en contacto con el
conmutador 18.
Se describirá el montaje del conjunto de
escobillas con referencia a las figuras 2, 3 y 4. La abrazadera 24
de entrada es un artículo de resina moldeada de un material plástico
aislante de ingeniería, tal como el "BMC". El orificio pasante
28 tiene un perfil escalonado, como es lo común.
La pinza 34 en forma de U se coloca sobre un
borde lateral o pared 38 del orificio 28, de forma que una patilla
36 de la pinza se extiende a lo largo de una superficie interior de
la pared 38, y la otra patilla 40 de la pinza se extiende a lo
largo de una superficie exterior o segunda superficie de la pared
38. Así, la pared 38 es agarrada a modo de horquilla por la pinza
34.
Una vez que la pinza está en su sitio, la jaula
30 de escobilla es presionada en el orificio pasante 28. La jaula
30 de escobilla es un tubo formado a partir de una lámina de latón.
El tubo tiene una sección transversal básica rectangular, para
coincidir con la sección transversal de una escobilla asociada, con
los lados más largos o principales 50, 51 en forma escalonada o
curvada, para acomodar un resorte 33 de escobilla (figura 4). Así,
la escobilla 32 es guiada solamente por los bordes de los lados
largos 50, 51. El orificio pasante 28 es, de forma similar,
escalonado para sostener la jaula 30 de escobilla solamente por los
bordes de los lados largos 50, 51. El lado superior corto 52 de la
jaula de escobilla es plano y el orificio pasante 28 tiene una
dimensión similar, excepto que el orificio pasante puede tener una
abertura 56 a lo largo de la parte central del lado superior, para
ayudar a la refrigeración de la escobilla y de la jaula. El lado
corto inferior 54 de la jaula es plano, pero el lado inferior del
orificio pasante 28 es escalonada para proporcionar una holgura o
camino de paso 58, a lo largo de la parte central del lado inferior
para que el flujo de aire refrigere la escobilla 32 y la jaula 30.
La jaula 30 puede tener unas aberturas 60 de ventilación (figuras
1, 3) a lo largo de los lados superior e inferior 52, 54, para
ayudar a la refrigeración de la escobilla. Así, la jaula se
mantiene en el orificio pasante esencialmente por las esquinas, del
orificio pasante 28. Esto es ventajoso porque las tolerancias del
proceso de moldeo pueden ser menos rígidas para permitir el alabeo
de las caras del orificio pasante 28, mientras que las esquinas, que
están mejor soportadas por el material circundante, es menos
probable que se arqueen y son más fáciles de controlar.
Un apéndice elevado 62 en la jaula 30 de
escobilla, ilustrado en este caso elevado desde el lado superior
52, impide que la jaula 30 sea presionada demasiado hacia el
interior del orificio pasante 28. Así, la jaula es presionada hasta
que el apéndice 62 se apoya contra la abrazadera 24 de entrada. La
extracción de la jaula 30 de escobilla desde el orificio pasante
queda impedida por la pinza 34, como se describirá de aquí en
adelante. Una vez que la jaula de escobilla ha sido instalada, se
inserta una escobilla 32 en la jaula, seguida por un resorte 33 de
escobilla. Se dobla entonces una solapa 64 del extremo distal de la
jaula 30, para cerrar el extremo de la jaula impidiendo la
extracción del resorte y de la escobilla, y proporcionando un
asiento para que el resorte se apoye contra él a medida que empuja
a la escobilla hacia el conmutador. Como se ilustra en la figura 4,
la escobilla 32 puede tener un hilo incrustado 31 a modo de puente,
que puede pasar a través del resorte 33 y terminar en un terminal
35 que impide la separación del resorte 33, de manera que la
escobilla 12 y el resorte 33 quedan instalados como una sola
unidad, proporcionando ese puente la conexión eléctrica con la
escobilla 33, a través del terminal 35.
La pinza 34 está ilustrada con mayor claridad en
la figura 5. La patilla larga 36 de la pinza tiene unas púas 42
formadas en su región distal final. Las púas 42 están dirigidas
hacia fuera y hacia delante, para evitar el contacto con la pared
38 del orificio pasante. La patilla más corta 40 de la pinza tiene
un extremo distal curvado 48 para ayudar a la inserción de la
pinza. La región extrema distal tiene también unas púas 44. Las
púas 44 están dirigidas hacia dentro y hacia atrás. Las púas 44
hacen contacto con la superficie exterior de la pared 38 del
orificio pasante. Las púas permiten instalar la pinza, pero los
intentos de retirar la pinza hacen que las púas 44 muerdan la pared
38 para impedir el movimiento. La pinza 38 es presionada hacia el
interior de la pared 38, hasta que la base 46 de la pinza en forma
de U entra en contacto con la pared, impidiendo la inserción
adicional.
Las púas 42 están configuradas para hacer
contacto con la superficie exterior de la jaula 30 de la escobilla,
como se ilustra en la figura 6. Las púas 42 que miran hacia delante
permiten presionar la jaula más allá de la pinza 34, pero el
movimiento de la jaula en la dirección opuesta hace que las púas 42
agarren o atrapen la jaula 30, resistiendo la retirada de la jaula
34.
La pinza está hecha de acero inoxidable para que
la dureza de las púas muerda la pared y a la jaula y para que la
elasticidad permita a las púas doblarse o flexionarse durante la
inserción. Esta deformación elástica de las púas 42 tiene una
segunda ventaja. Las púas 42 proporcionan una fuerza de resorte que
empujan a la jaula de escobilla hacia los lados. Esta fuerza
lateral asegura que el otro lado largo 51 de la jaula está
firmemente asentado contra los contactos del orificio pasante,
reduciendo cualquier holgura lateral en la posición de la jaula de
escobilla, y reduciendo así la holgura total de la posición de los
contactos de las escobillas sobre el conmutador, al tiempo que
permite una fácil inserción de la jaula 30 de escobilla.
Así, el uso de una simple pinza 34 para la jaula
de escobilla con doble grupo de púas, de acuerdo con la presente
invención, proporciona un conjunto mejorado de jaula de escobilla
con un montaje y una facilidad de fabricación fáciles.
En una construcción alternativa, no ilustrada,
la abrazadera de entrada es una pieza de metal estampado y hay
instalado un aislante de material aislante moldeado y con un
orificio para recibir una jaula de escobilla, en cada pata de la
abrazadera de entrada.
El modo de realización descrito anteriormente es
ofrecido a modo de ejemplo solamente, y serán evidentes diversas
modificaciones para las personas expertas en la técnica, sin
apartarse del alcance de la invención, como se define en las
reivindicaciones anexas. Por ejemplo, la pinza podría tener la forma
de L ilustrada en la figura 7, o recta como se ilustra en la figura
8, con púas hacia delante y hacia atrás en lados opuestos, para unir
la jaula a la pared interior del orificio pasante, sin necesidad de
montarse a modo de horquilla sobre la pared. La pinza en forma de L
proporciona un tope cómodo para situar con precisión la pinza,
dentro del orificio para la jaula de escobilla.
Las pinzas rectas y en forma de L proporcionan
una excelente sujeción para la jaula de escobilla y pueden ser
utilizadas cuando el espesor de la pared del soporte de la jaula de
escobilla es grande. Sin embargo, es preferible la pinza en forma
de U, debido a la posibilidad de retirar la pinza y la jaula de
escobilla, si se desea, elevando la patilla más corta 40 para
liberar las púas 42 de la pared del soporte de la jaula de
escobilla, permitiendo así que la jaula y la pinza se puedan retirar
del soporte.
Claims (17)
1. Un motor de un conmutador, que incluye un
estator (12), un rotor bobinado (16), un conmutador (18), una
abrazadera (24) de soporte y al menos dos conjuntos de
portaescobillas,
donde cada portaescobillas comprende una
escobilla (32), una jaula (30) de escobilla y un resorte (33) de
escobilla, estando instalada la jaula (30) de escobilla en un
orificio pasante radial (28) en l abrazadera (24) de soporte, para
dirigir la escobilla hacia el conmutador (18), caracterizado
por
una pinza (34) para la jaula, situada entre la
jaula (30) de escobilla y el orificio pasante radial (28), que
tiene un primer conjunto de púas (44) que encajan y agarran a una
pared (38) del orificio pasante (28), para impedir la extracción de
la pinza (34) desde el orificio pasante (28), una vez insertada, y
un segundo conjunto de púas (42), que encajan y agarran una
superficie exterior de la jaula (30) de escobilla, para impedir la
extracción de la jaula (30) de escobilla, desde el orificio pasante
(28).
2. Un motor, según la reivindicación 1, en el
que la jaula (30) de escobilla deforma elásticamente el segundo
conjunto de púas (42) al insertarse, asegurando con ello un buen
contacto entre el segundo conjunto de púas (42) y la jaula
(30).
3. Un motor, según la reivindicación 2, en el
que la deformación elástica da como resultado una pretensión
lateral en la jaula (30), reduciendo la holgura lateral entre la
jaula (30) y el orificio pasante (28).
4. Un motor, según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la pinza (34) tiene forma de
U y se monta a modo de horquilla sobre la pared (38) del orificio
pasante (28).
5. Un motor, según la reivindicación 4, en el
que la pinza (34) tiene un apéndice exterior (40) que soporta el
primer conjunto de púas (44) y un apéndice interior (36) que soporta
el segundo conjunto de púas (42).
6. Un motor, según la reivindicación 5, donde el
apéndice exterior (40) es más corto que el apéndice interior (36) y
tiene un extremo distal (48) curvado hacia fuera.
7. Un motor, según la reivindicación 5 o 6, en
el que el primer conjunto de púas (44) está dirigido hacia dentro y
hacia atrás.
8. Un motor, según cualquiera de las
reivindicaciones 5 a 7, en el que el segundo conjunto de púas (42)
está dirigido hacia fuera y hacia delante.
9. Un motor, según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que al menos algunas de las púas
(42, 44) son resaltes cortados y elevados.
10. Un motor, según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la pinza (34) es de un
material conductor elástico.
11. Un motor, según la reivindicación 10, en el
que el material es acero inoxidable.
12. Un motor, según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la abrazadera (24) de
soporte es un material aislante moldeado.
13. Un motor, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, en el que la abrazadera (24) de soporte es
un metal estampado en forma de U, que tiene un aislante de material
moldeado aislante, instalado en cada patilla, formando cada
aislante el orificio pasante para recibir una respectiva jaula de
escobilla.
14. Un método de montaje de un motor de un
conmutador, que tiene un estator (12), una abrazadera (24) de
soporte, un rotor bobinado (16) y dos conjuntos de escobillas en
jaula, incluyendo el método los pasos de:
- instalar el rotor (16), en el estator (12) y en la abrazadera (24) de soporte; y
- instalar los conjuntos de escobillas en los respectivos orificios pasantes (28) de la abrazadera de soporte,
- incluyendo dicha instalación de los conjuntos de escobillas los pasos de:
- proporcionar una pinza (34) de la jaula, que tiene un primer conjunto de púas (44) y un segundo conjunto de púas (42),
- insertar la pinza (34) de la jaula en el orificio pasante (28), de manera que encaje el primer conjunto de púas (44) con una pared (38) del orificio pasante (28), y para evitar que encaje el segundo conjunto de púas (42) con la pared (28) del orificio pasante (38),
- insertar una jaula (30) de escobilla en el orificio pasante (28), de manera que deforme elásticamente el segundo conjunto de púas (42) al insertar y encajar el segundo conjunto de púas (42) cuando se desplaza la jaula (30) en la dirección opuesta,
- insertar una escobilla (32) en la jaula (30),
- insertar un resorte (33) de escobilla en la jaula (30), para presionar la escobilla (32) para que haga contacto con el conmutador (18), y capturar el resorte (33) para que permanezca en contacto elástico con la escobilla (32).
15. Un método según la reivindicación 14, en el
que la pinza (34) tiene forma de U y es presionada hacia el
interior del orificio pasante (28), de manera que se monte a modo de
horquilla sobre la pared (38), y sea presionada hasta que la base
(46) de la U entra en contacto con la pared (38).
16. Un método según la reivindicación 14 o 15,
en el que la jaula (30) está provista de un tapón externo (62) y la
jaula (30) es presionada hacia el interior del orificio pasante
(28), hasta que el tapón (62) entra en contacto con la abrazadera
(24) de soporte.
17. Un método según la reivindicación 14, 15 o
16, que incluye el paso de deformar elásticamente el segundo
conjunto de púas (42) cuando se inserta la jaula (30) y de utilizar
la elasticidad de la pinza (34) para proporcionar una pretensión
lateral sobre la jaula (30) de escobillas, para reducir la holgura
lateral de la jaula (30) dentro del orificio pasante (28).
Applications Claiming Priority (2)
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