DE10118417B4

DE10118417B4 - Flächenkommutator und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE10118417B4
Application number: DE10118417.4A
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: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2021-04-13
Also published as: DE10118417A1; US20010030485A1; US6525445B2

Abstract

Flächenkommutator, mit:einer Vielzahl von aus einer Kohlenstoffverbindung bestehenden Kommutatorsegmenten (1), die voneinander beabstandet sind und an einem ihrer Enden eine Kommutatoroberfläche (10) und an dem anderen Ende einen Basisabschnitt (11) haben;einem Nabenelement (3), das einen Körperabschnitt (31), der den Basisabschnitt (11) der Vielzahl von Kommutatorsegmenten (1) stützt, einen Außenumfangsabschnitt (33), der den Außenumfang der Vielzahl von Kommutatorsegmenten (1) stützt, und eine Vielzahl von Brückenabschnitten (34) aufweist, die den Außenumfangsabschnitt (33) und den Körperabschnitt (31) verbinden; undeiner 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 (21) aus entlang einem Außenumfang des Nabenelements (3) in Axialrichtung verlaufenden Axialabschnitt (22) und einen von dem Axialabschnitt (22) aus radial nach außen verlaufenden Anschlussabschnitt (23) aufweisen,dadurch gekennzeichnet, dassdas Nabenelement (3) aus Harz besteht,der Axialabschnitt (22) auf einem Außenumfang des Flächenkommutators parallel zu dem Außenumfangsabschnitt (33) angeordnet ist, sodass er den Außenumfangsabschnitt (33) an der Außenfläche des Flächenkommutators in der Axialrichtung von dem Körperabschnitt (31) trennt, unddie Brückenabschnitte (34) den Außenumfangsabschnitt (33) und den Körperabschnitt (31) innerhalb der Axialabschnitte (22) der metallischen Basislatten (2) verbinden, sodass der Außenumfangsabschnitt (33) mit dem Körperabschnitt (31) lediglich durch die Brückenabschnitte (34) verbunden ist.

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 Kommutatoroberfläche, wobei jedes der Kommutatorsegmente mit einer der metallischen Basisplatten verbunden ist. Da die Kommutatorsegmente aus einer gesinterten Kohlenstoffverbindung bestehen, lässt sich bei den Flächenkommutatoren in einer Massenfertigungsstraße nur unter Schwierigkeiten eine Schmelzwärmebehandlung realisieren.
Aus 22 der DE 40 28 420 A1 ist ein Flächenkommutator mit einem aus einem Pressstoff bestehenden Nabenkörper bekannt, der die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist.
Die JP H09 - 46 978 A 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 entgegengesetzten 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 Umfangsrichtung des Nabenelements ausdehnt, kann das Harzmaterial durch den Axialabschnitt reißen oder beschädigt werden.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Flächenkommutator, der selbst dann nicht beschädigt wird, wenn sich der Axialabschnitt des metallischen Basiselements thermisch ausdehnt, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Flächenkommutators zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch einen Flächenkommutator mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
Da der Außenumfangsabschnitt des Nabenelements bei dem erfindungsgemäßen Flächenkommutator von dem Körperabschnitt des Nabenelements getrennt ist, kann sich der Außenumfangsabschnitt frei von dem Körperabschnitt weg bewegen und es wird selbst dann wenig Spannung aufgebracht, wenn sich die metallischen Basisplatten thermisch ausdehnen.
Da der Brückenabschnitt bei dem erfindungsgemäßen Flächenkommutator flexibel ist, kann sich der Außenumfangsabschnitt verhältnismäßig frei von dem Körperabschnitt weg bewegen, während der Außenumfangsabschnitt fester mit dem Körperabschnitt verankert ist.
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:

1A im halbseitigen Querschnitt eine Ansicht eines Flächenkommutators gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und 1B im halbseitigen Querschnitt eine Ansicht einer metallischen Basisplatte;
2 im Teilschnitt eine Seitenansicht des in 1 gezeigten Flächenkommutators von Position A aus betrachtet; und
3 im halbseitigen Querschnitt eine Ansicht eines Flächenkommutators gemäß einer Abänderung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Unter Bezugnahme auf die 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 scheibenförmiges 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 am Basisabschnitt 11 mit einem Lötmittel 4 an eines der Kommutatorsegmente 1 angelötet. Der Axialabschnitt 22 verläuft von dem Kontaktabschnitt 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 Eckenschliffabschnitt 220 des Axialabschnitts 22 verbunden, sodass der Brückenabschnitt 34 den Körperabschnitt 31 und den Außenumfangsabschnitt 33 über den Eckenschliffabschnitt 220 verbinden kann. Mit anderen Worten sind die Brückenabschnitte 34 jeweils innerhalb der metallischen Basisplatten 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 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 Brückenabschnitte 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 Körperabschnitt 31 bewegen und die Spannung abbauen, da sich der Brückenabschnitt der durch die Axialabschnitte 22 hervorgerufenen 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 Kohlenstoffverbindung 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 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 3 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 Ausführungsbeispiel.

Claims

Flächenkommutator, mit: einer Vielzahl von aus einer Kohlenstoffverbindung bestehenden Kommutatorsegmenten (1), die voneinander beabstandet sind und an einem ihrer Enden eine Kommutatoroberfläche (10) und an dem anderen Ende einen Basisabschnitt (11) haben; einem Nabenelement (3), das einen Körperabschnitt (31), der den Basisabschnitt (11) der Vielzahl von Kommutatorsegmenten (1) stützt, einen Außenumfangsabschnitt (33), der den Außenumfang der Vielzahl von Kommutatorsegmenten (1) stützt, und eine Vielzahl von Brückenabschnitten (34) aufweist, die den Außenumfangsabschnitt (33) und den Körperabschnitt (31) verbinden; 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 (21) aus entlang einem Außenumfang des Nabenelements (3) in Axialrichtung verlaufenden Axialabschnitt (22) und einen von dem Axialabschnitt (22) aus radial nach außen verlaufenden Anschlussabschnitt (23) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das Nabenelement (3) aus Harz besteht, der Axialabschnitt (22) auf einem Außenumfang des Flächenkommutators parallel zu dem Außenumfangsabschnitt (33) angeordnet ist, sodass er den Außenumfangsabschnitt (33) an der Außenfläche des Flächenkommutators in der Axialrichtung von dem Körperabschnitt (31) trennt, und die Brückenabschnitte (34) den Außenumfangsabschnitt (33) und den Körperabschnitt (31) innerhalb der Axialabschnitte (22) der metallischen Basislatten (2) verbinden, sodass der Außenumfangsabschnitt (33) mit dem Körperabschnitt (31) lediglich durch die Brückenabschnitte (34) verbunden ist.
Flächenkommutator nach Anspruch 1, bei dem die Brückenabschnitte (34) im Wesentlichen senkrecht zu einer thermischen Ausdehnungsrichtung des Axialabschnitts (22) der metallischen Basisplatten (2) verlaufen.
Flächenkommutator nach Anspruch 2, bei dem die Axialabschnitte (22) der metallischen Basisplatten (2) durch das Nabenelement (3) gestützt werden, sodass sich die Axialabschnitte (22) in entgegengesetzter Richtung zu der Kommutatoroberfläche (10) bewegen können.
Flächenkommutator nach Anspruch 2, bei dem der Körperabschnitt (31) des Nabenelements (3) einen Seiten des Anschlussabschnitts (23) umgebenden Abschnitt umfasst.
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 Außenumfangsabschnitt (33) aufweist, und mit einer Vielzahl von metallischen Basisplatten (2), die entlang einem Außenumfang des Nabenelements (3) verlaufende Axialabschnitte (22) aufweisen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Anlöten eines aus einer gesinterten Kohlenstoffverbindung bestehenden Scheibenelements an ein zylinderförmiges 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 Axialabschnitt (22) 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) derart auszubilden, dass der Körperabschnitt (31) und der Außenumfangsabschnitt (33) durch die Axialabschnitte (22) und die radialen Schlitze (s) an der Außenfläche des Flächenkommutators voneinander getrennt sind.