DE10118417A1

DE10118417A1 - Flächenkommutator und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE10118417A1
Application number: DE10118417A
Authority: DE
Inventors: Kenzo Kiyose; Kiyotoshi Oi; Yoshio Ebihara
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-04-13
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2001-10-25
Anticipated expiration: 2021-04-13
Also published as: US20010030485A1; US6525445B2; DE10118417B4

Abstract

Ein Flächenkommutator umfasst eine Vielzahl von aus einer Kohlenstoffverbindung bestehenden Kommutatorsegmenten (1), ein aus Harz bestehendes Nabenelement (3), das einen einen Basisabschnitt (11) der Kommutatorsegmente (1) stützenden Körperabschnitt (31) und einen deren Außenumfang stützenden Außenumfangsabschnitt (33) aufweist, und eine Vielzahl von metallischen Basisplatten (2). Jede metallische Basisplatte weist einen mit dem Basisabschnitt (11) des Kommutatorsegments in Kontakt befindlichen Kontaktabschnitt, einen entlang dem Außenumfangsabschnitt (33) des Nabenelements (3) verlaufenden Axialabschnitt (22) und einen Anschlussabschnitt (23) auf. Der Axialabschnitt (22) der metallischen Basisplatten (2) ist auf einem Außenumfang des Flächenkommutators parallel zu dem Außenumfangsabschnitt (33) des Nabenelements (3) angeordnet, sodass er den Außenumfangsabschnitt (33) von dem Körperabschnitt (31) trennt. Der Außenumfangsabschnitt (33) bewegt sich frei von dem Körperabschnitt (31) weg, wenn sich die Metallbasisplatten (2) thermisch ausdehnen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Flächenkommutator, der eine scheibenförmige Kommutatoroberfläche aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kommutators.

Ein Flächenkommutator, der eine flache Kommutatoroberfläche aufweist, wird in einen Motor eingebaut, wie etwa einen Motor einer Kraftstoffpumpeneinheit mit integriertem Motor. Der Flächenkommutator setzt sich aus einer Vielzahl von aus einer gesinterten Kohlenstoffverbindung bestehenden und durch Schlitze voneinander isolierten Kommutatorsegmenten, einer Vielzahl von metallischen Basisplatten und einem aus Harz bestehenden Nabenelement zusammen. Die Vielzahl der Kommutatoroberflächen bildet eine flache Kommutator oberfläche, wobei jedes der Kommutatorsegmente mit einer der metallischen Basisplatten verbunden ist. Da die Kommutatorsegmente aus einer gesinterten Kohlenstoff verbindung bestehen, lässt sich bei den Flächenkommutatoren in einer Massenfertigungsstraße nur unter Schwierigkeiten eine Schmelzwärmebehandlung realisieren.

Die JP-A-9-46978 offenbart einen Flächenkommutator, der sich aus einer Vielzahl von Kommutatorsegmenten, einer metallischen Basisplatte und einem aus Harz bestehenden Nabenelement zusammensetzt. Die metallische Basisplatte weist an der zu ihrer Kommutatoroberfläche entgegen gesetzten Oberfläche einen mit den Kommutatorsegmenten in Kontakt stehenden Kontaktabschnitt, entlang dem Außenumfang des Nabenelements verlaufende Axialabschnitte sowie Anschlussabschnitte auf. Der Kontaktabschnitt der metallischen Basisplatte hat eine Vielzahl von Öffnungen, in denen ein Harzmaterial eingefüllt ist.

Wenn mit dem Anschlussabschnitt durch Anschmelzen ein Ende einer Ankerwicklung verbunden wird, dehnt sich der Axialabschnitt jedoch thermisch aus und bringt eine Spannung auf den Umfangsabschnitt des aus Harz bestehenden Nabenelements auf, das beschädigt werden und brechen kann.

Wenn sich der durch das Harzmaterial des Nabenelements umschlossene Axialabschnitt beispielsweise in Umfangs richtung des Nabenelements ausdehnt, kann das Harzmaterial durch den Axialabschnitt reißen oder beschädigt werden.

Es ist daher eine Hauptaufgabe der Erfindung, einen Flächenkommutator zur Verfügung zu stellen, der selbst dann nicht beschädigt wird, wenn sich der Axialabschnitt des metallischen Basiselements thermisch ausdehnt.

Gemäß einer Hauptausgestaltung der Erfindung umfasst der Flächenkommutator eine Vielzahl von aus einer Kohlenstoff verbindung bestehenden Kommutatorsegmenten, ein aus Harz bestehendes Nabenelement und eine Vielzahl von metallischen Basisplatten und sind Axialabschnitte der metallischen Basisplatten auf dem Außenumfang des Flächenkommutators parallel zu dem Außenumfangsabschnitt des Nabenelements angeordnet, sodass er den Außenumfangsabschnitt von dem Körperabschnitt des Nabenelements trennt. Da der Außen umfangsabschnitt des Nabenelements von dem Körperabschnitt des Nabenelements getrennt ist, kann sich der Außenumfangs abschnitt frei von dem Körperabschnitt weg bewegen und wird selbst dann wenig Spannung aufgebracht, wenn sich die metallischen Basisplatten thermisch ausdehnen.

Bei einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Nabenelement des Flächenkommutators eine Vielzahl von Brücken abschnitten, die im Wesentlichen senkrecht zu einer thermischen Ausdehnungsrichtung des Axialabschnitts der metallischen Basisplatten verlaufen, sodass sie den Außen umfangsabschnitt und den Körperabschnitt innerhalb der Axialabschnitte der metallischen Basisplatten verbinden. Da der Brückenabschnitt flexibel ist, kann sich der Außen umfangsabschnitt verhältnismäßig frei von dem Körper abschnitt weg bewegen, während der Außenumfangsabschnitt fester mit dem Körperabschnitt verankert ist.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Flächenkommutators vorgesehen, das die folgenden Schritte umfasst: Anlöten eines aus einer gesinterten Kohlenstoffverbindung bestehenden Scheibenelements an ein zylinderförmiges Metallelement, um eine Einheit auszubilden, bei der sich ein Basisabschnitt des Scheibenelements mit einem Kontakt abschnitt des zylinderförmigen Elements in Kontakt befindet; Setzen der Einheit in ein Formwerkzeug, um die Einheit unter Ausbildung eines Nabenelements mit Harz material auszuformen; Ausbilden eines senkrecht zum Axial abschnitt des zylindrischen Metallelements verlaufenden Brückabschnitts, um den Körperabschnitt und den Außen umfangsabschnitt innerhalb des Axialabschnitts zu verbinden; und Ausbilden einer Vielzahl von radialen Schlitzen in dem Scheibenelement und dem zylinderförmigen Element.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Kennzeichen der Erfindung, wie auch die Funktion der maßgeblichen Teile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, den Patentansprüchen und den Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1A im halbseitigen Querschnitt eine Ansicht eines Flächenkommutators gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und Fig. 1B im halbseitigen Querschnitt eine Ansicht einer metallischen Basisplatte;

Fig. 2 im Teilschnitt eine Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Flächenkommutators von Position A aus betrachtet;

Fig. 3 im halbseitigen Querschnitt eine Ansicht eines Flächenkommutators gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 im halbseitigen Querschnitt eine Ansicht eines Flächenkommutators gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 5 im halbseitigen Querschnitt eine Ansicht eines Flächenkommutators gemäß einer Abänderung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 wird zunächst ein Flächenkommutator eines in eine Kraftstoffpumpeneinheit einzubauenden Motors beschrieben, der dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung entspricht.

Der Flächenkommutator setzt sich aus einer Vielzahl von Kommutatorsegmenten 1, einer Vielzahl von metallischen Basisplatten 2 und einem aus Harz bestehenden Nabenelement 3 zusammen.

Die Kommutatorsegmente 1 bestehen aus einer gesinterten Kohlenstoffverbindung und sind in Radialrichtung mit gleichen Abständen angeordnet, um als Ganzes ein scheiben förmiges Element auszubilden, das an seinem einen Ende eine Kommutatoroberfläche 10 und an dem anderen Ende einen Basisabschnitt 11 hat.

Jede metallische Basisplatte 2 ist so angeordnet, dass sie mit einem der Kommutatorsegmente 1 übereinstimmt. Jede metallische Basisplatte 2 hat einen Kontaktabschnitt 21, einen Axialabschnitt 22 und einen Anschlussabschnitt 23. Der Kontaktabschnitt 21 ist ebenso wie bei dem in Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel am Basisabschnitt 11 mit einem Lötmittel 4 an eines der Kommutatorsegmente 1 angelötet. Der Axialabschnitt 22 verläuft von dem Kontakt abschnitt 21 aus entlang dem Außenumfang des Nabenelements 3 nach unten, und der Anschlussabschnitt 23 verläuft von dem Axialabschnitt 22 aus radial nach außen und oben. An den Abschlussabschnitt 23 ist durch Anschmelzen, Anlöten oder dergleichen ein Wicklungsende einer Ankerwicklung anzuschließen.

Das Nabenelement 3 setzt sich aus einem Körperabschnitt 31, einem Innenumfangsabschnitt 32, einem Außenumfangsabschnitt 33 und einer Vielzahl von Brückenabschnitten 34 zusammen.

Der Körperabschnitt 31 stützt den Basisabschnitt 11 der Kommutatorsegmente 1. Der Innenumfangsabschnitt 32 stützt den Innenumfang der Segmente 1.

Der Außenumfangsabschnitt 33 ist auf dem Außenumfang des Kommutators parallel zu den Axialabschnitten 22 angeordnet, sodass er die Axialabschnitte 22 in Radialrichtung überlappt, um den Außenumfang der Kommutatorsegmente 1 zu stützen.

Jeder Kontaktabschnitt 21 weist eine zweistufige Öffnung 24 und 25 auf, in die Harzmaterial eingefüllt ist. Die größere und oben gelegene Öffnung 25 ist mit einem Eckenschliff abschnitt 220 des Axialabschnitts 22 verbunden, sodass der Brückenabschnitt 34 den Körperabschnitt 31 und den Außen umfangsabschnitt 33 über den Eckenschliffabschnitt 220 verbinden kann. Mit anderen Worten sind die Brücken abschnitte 34 jeweils innerhalb der metallischen Basis platten 2 ausgebildet, sodass sie einen Querschnitt haben, der senkrecht zu der Axialrichtung, in der sich die metallische Basisplatte thermisch ausdehnt, für ausreichende Elastizität sorgt. Der Eckenschliffabschnitt 220 hat eine abgeschrägte Oberfläche, um eine Abtrennung des Brückenabschnitts 34 zu verhindern.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind der Körperabschnitt 31 und der Außenumfangsabschnitt 33 durch die Axialabschnitte 22 und die Schlitze s an der Außenfläche des Kommutators voneinander getrennt, obwohl sie durch die Brücken abschnitte 34 an Abschnitten innerhalb der metallischen Basisplatten 2 verbunden sind.

Selbst wenn sich die Axialabschnitte 22 beim Anschmelzen eines Wicklungsendes an die Anschlussabschnitte 23 thermisch ausdehnen, kann sich der Außenumfangsabschnitt 33, der mit dem Körperabschnitt 31 lediglich durch die Brückenabschnitte 34 verbunden ist, relativ zum Körper abschnitt 31 bewegen und die Spannung abbauen, da sich der Brückenabschnitt der durch die Axialabschnitte 22 hervor gerufenen Bewegung des Außenumfangabschnitts 33 folgend biegt. Auch wenn einige der Brückenabschnitte 34 abgetrennt werden, sind die Probleme gering.

Die Kommutatorsegmente 1 und Kontaktabschnitte 21 der metallischen Basisplatten 2 sind in Vertiefungen 38 des Nabenelements 3 angeordnet. Die Umfangsenden jeder Vertiefung 38 sind jeweils Schlitzen s zugewandt. Das Nabenelement 3 hat in seiner Mitte ein Wellenloch 30. Das Nabenelement 3 bedeckt daher sämtliche Abschnitte der metallischen Basisplatten 2 außer der Kommutatoroberfläche und den Oberflächen, die den Schlitzen s zugewandt sind.

Bei der Herstellung wird ein aus einer gesinterten Kohlen stoffverbindung bestehendes Scheibenelement, das einer Vielzahl von Kommutatorsegmenten 1 entspricht, durch ein Lötmittel 4 an ein zylinderförmiges Metallelement angelötet, das einer Vielzahl der metallischen Basisplatten entspricht, sodass sich der Basisabschnitt 11 mit dem Kontaktabschnitt 21 in Kontakt befindet. Danach wird das Scheibenelement und das zylinderförmige Element in einer Einheit in ein Formwerkzeug gegeben, um die Einheit mit Harzmaterial auszuformen und das Nabenelement 3 auszubilden. Bei diesem Schritt ist der Axialabschnitt des zylinderförmigen Elements am Außenumfang des Nabenelements 3 angeordnet. Schließlich wird in Radialrichtungen des Scheibenelements und des zylinderförmigen Elements eine Vielzahl von Schlitzen s ausgebildet, um eine Vielzahl der Kommutatorsegmente 1 und eine Vielzahl der metallischen Basisplatten 2 auszubilden, wie in Fig. 2 gezeigt ist. In das Wellenloch 30 ist eine (nicht gezeigte) Welle eines Motors einzusetzen und an jedem Anschlussabschnitt 23 ein Wicklungsende einer Ankerspule anzuschweißen.

Als eine Abänderung des metallischen Basiselements kann der Kontaktabschnitt 21 auch, wie in Fig. 5 gezeigt ist, mit dem Axialabschnitt 22 durch ein diagonal verlaufendes Element 24 verbunden sein. Dieses Metallelement erlaubt eine leichtere Ausbildung des Brückenabschnitts 34 durch das Harzmaterial des Nabenelements 3.

Wie auch in den folgenden Zeichnungen bezeichnen hierbei gleiche Bezugszahlen gleiche oder im Wesentlichen gleiche Abschnitte oder Teile wie bei dem ersten Ausführungs beispiel.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 folgt nun eine Beschreibung eines Flächenkommutators gemäß einem zweiten Ausführungs beispiel der Erfindung.

Anstelle des Brückenabschnitts 34 ist in einer Vertiefung 221, die an einer an dem Außenumfangsabschnitt 33 angrenzenden Oberfläche des Axialabschnitts 22 ausgebildet ist, ein Fußabschnitt 341 ausgebildet. Die Vertiefung 221 hat an ihrer Öffnung einen Hals, um den Fußabschnitt 341 festzuhalten. Der mit dem Außenumfangsabschnitt 33 in Kontakt befindliche Außenumfang der Kommutatorsegmente 1 ist aufgeraut, um die Haftfestigkeit zu erhöhen.

Da der Außenumfangsabschnitt 33 vollständig von dem Körper abschnitt 31 getrennt ist, kann sich der Außenumfangs abschnitt 33 leichter bewegen, wenn sich die Axial abschnitte 22 der metallischen Basisplatten 2 ausdehnen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird nun ein Flächenkommutator gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Kontaktoberfläche des Körperabschnitts 31 mit dem Axialabschnitt 22 ist an dessen von dem Außen umfangsabschnitt 33 entfernten Seite kleiner, wodurch die Kraft verringert wird, mit der der Körperabschnitt 31 den Axialabschnitt 22 an der von dem Außenumfangsabschnitt 33 entfernten Seite hält. Infolgedessen kann sich der Axial abschnitt thermisch nach unten ausdehnen, sodass die durch die Ausdehnung bedingte Spannung nicht auf den Außen umfangsabschnitt 33 aufgebracht wird.

In der vorstehenden Beschreibung der Erfindung wurde die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungs beispiele offenbart. Es ist jedoch klar, dass bei diesen Ausführungsbeispielen der Erfindung verschiedene Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die Patentansprüche definiert wird. Die Beschreibung der Erfindung ist demnach eher im veranschaulichenden als im einschränkenden Sinne zu verstehen.

Claims

1. Flächenkommutator, mit:
einer Vielzahl von aus einer Kohlenstoffverbindung bestehenden Kommutatorsegmenten (1), die voneinander beabstandet sind und an einem ihrer Enden eine Kommutator oberfläche (10) und an dem anderen Ende einen Basis abschnitt (11) haben;
einem aus Harz bestehenden Nabenelement (3), das einen den Basisabschnitt (11) der Vielzahl von Kommutator segmenten (1) stützenden Körperabschnitt (31) und einen den Außenumfang der Vielzahl von Kommutatorsegmenten (1) stützenden Außenumfangsabschnitt (33) aufweist; und
einer Vielzahl von metallischen Basisplatten (2), die jeweils einen mit einem der Kommutatorsegmente (1) an dem Basiselement (11) in Kontakt befindlichen Kontaktabschnitt (21), einen von dem Kontaktabschnitt aus entlang einem Umfangsabschnitt (33) des Körperabschnitts verlaufenden Axialabschnitt (22) und einen von dem Axialabschnitt aus radial nach außen verlaufenden Anschlussabschnitt (23) aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, dass der Axialabschnitt (22) auf einem Außenumfang des Flächenkommutators parallel zu dem Außenumfangsabschnitt (33) angeordnet ist, sodass er den Außenumfangsabschnitt (33) von dem Körperabschnitt (31) trennt.

2. Flächenkommutator, bei dem das aus Harz bestehende Nabenelement (3) außerdem eine Vielzahl von Brücken abschnitten (34) umfasst, die im Wesentlichen senkrecht zu einer thermischen Ausdehnungsrichtung des Axialabschnitts der metallischen Basisplatten (2) verlaufen, sodass sie den Außenumfangsabschnitt (33) und den Körperabschnitt (31) innerhalb der Axialabschnitte (22) der metallischen Basis platten (2) verbinden.

3. Flächenkommutator nach Anspruch 2, bei dem die Axial abschnitte (22) der metallischen Basisplatten (2) durch das Nabenelement (3) gestützt werden, sodass sich die Axial abschnitte (22) in entgegengesetzter Richtung zu der Kommutatoroberfläche (10) bewegen können.

4. Flächenkommutator nach Anspruch 2, bei dem der Körper abschnitt (31) des Nabenelements (3) einen Seiten des Anschlussabschnitts (23) umgebenden Abschnitt umfasst.

5. Verfahren zur Herstellung eines Flächenkommutators mit einer Vielzahl von radial ausgerichteten, an einem ihrer Enden eine Flächenkommutatoroberfläche (10) und an dem anderen Ende einen Basisabschnitt (11) ausbildenden Kommutatorsegmenten (1), mit einem aus Harz bestehenden Nabenelement (3), das einen den Basisabschnitt (11) stützenden Körperabschnitt (31) und einen einen Außenumfang der Vielzahl von Kommutatorsegmenten (1) stützenden Außen umfangsabschnitt (33) aufweist, und mit einer Vielzahl von metallischen Basisplatten (2), die entlang einem Umfangs abschnitt (33) des Körperabschnitts (31) verlaufende Axialabschnitte (22) aufweisen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Anlöten eines aus einer gesinterten Kohlenstoff verbindung bestehenden Scheibenelements an ein zylinder förmiges Metallelement, um eine Einheit auszubilden, bei der sich ein Basisabschnitt (11) des Scheibenelements mit einem Kontaktabschnitt des zylinderförmigen Elements in Kontakt befindet;
Setzen der Einheit in ein Formwerkzeug, um die Einheit unter Ausbildung des Nabenelements (3) mit Harzmaterial auszuformen;
Ausbilden einer Vielzahl von senkrecht zum Axial abschnitt verlaufenden Brückenabschnitten (34), um den Körperabschnitt (31) und den Außenumfangsabschnitt (33) innerhalb der Axialabschnitte (22) zu verbinden; und
Ausbilden einer Vielzahl von radialen Schlitzen (s) in dem Scheibenelement und dem zylinderförmigen Element, um die Kommutatorsegmente (1) und die Axialabschnitte (22) auszubilden.