DE69527993T2 - Läufer für einen Elektromotor - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf Läufer für Elektromotoren und insbesondere auf Läufer für Miniatur-Permanentmagnetgleichstrommotoren (Miniatur-PMDC-Motoren), die Kondensatoren zur Unterdrückung von elektrischen Störsignalen beinhalten.
• Kommutatoren sind eine Hauptquelle der elektrischen Störsignale bei Miniatur-PMDC-Motoren. Wenn die Bürsten von einem Segment auf ein anderes übergehen, werden Funken erzeugt, die elektrische Störsignale hervorrufen und die Abnutzung des Kommutators und der Bürsten erhöhen. Durch Unterdrücken dieser Funken kann das Störsignalniveau verringert werden und die Lebensdauer des Motors erhöht werden. Um diese Funken zu unterdrücken, können Varistor- oder Widerstandsringe an dem Kommutator angebracht werden, gewöhnlicher Weise durch Anlöten an Anschlussstreifen, die zum Verbinden der Wicklung des Läufers mit dem Kommutator verwendet werden. Siehe zum Beispiel GB 2202688.
• Die Bereitstellung einer Störsignalunterdrückungs-Anordnung in der Form eines Widerstandsrings ist aus der GB 2224165 bekannt. Jeder Anschlussabschnitt umfasst einen Anschluss eines Isolationsverschiebenden Typs mit einer mechanischen Verbindung, der das Kommutatorsegment mit der Läuferwicklung, die in einer Krone untergebracht ist, elektrisch verbindet und die Kommutatorsegmente kontaktieren die Störsignalunterdrückungs-Anordnung direkt.
• In alternativer Weise können Kondensatoren und/oder Drosselspulen mit den Motoranschlüssen verbunden werden, gewöhnlicher Weise innerhalb der Motorendkappe oder auf der Bürstenmontageplatte, um die Übertragung der Störsignale an die Stromversorgung des Motors zu verhindern.
• Eine bessere Störsignalunterdrückung ist jedoch erreicht worden, indem Kondensatoren direkt mit der Wicklung des Läufers verbunden werden. Ein Anschlussleiter der Kondensatoren kann zusammengeschaltet sein, um einen Sternpunkt zu bilden, und der andere Anschlussleiter kann mit einem jeweiligen Kommutator-Anschlussstreifen verbunden werden, wobei eine gleiche Anzahl von Kondensatoren und Polen des Läufers vorhanden ist. Eine bekannte Anordnung ist in der GB 2246913 gezeigt, bei der die Kondensatoren Kondensatoren eines elektrolytischen Typs sind, die innerhalb der Wicklungstunnel des Läufers angeordnet sind, wobei der Sternpunkt an dem entgegengesetzten Ende des Läufers mit dem Kommutator verbunden ist.
• Während diese Anordnung zwar zufriedenstellend funktioniert, weist sie gewisse Nachteile auf. Sie ist nicht besonders gut für einen automatischen Zusammenbau geeignet und da die Kondensatoren eine beträchtliche Größe aufweisen, kann diese Technik nicht verwendet werden, wenn der Wicklungstunnel schon relativ voll mit Drähten ist.
• Die JP-A-58022569 beschreibt die Verwendung von Chip-Typ-Kondensatoren für eine Störsignalunterdrückung, die auf einem Läufer angebracht sind, um das Größenproblem zu beseitigen. Die Chip-Typ-Kondensatoren sind in Schlitzen angebracht, die in einer gedruckten Leiterplatte gebildet sind, wobei leitende Bahnen auf der Leiterplatte gebildet sind, um zu ermöglichen, dass die Kondensatoren stern- oder deltaförmig verbunden sind. Eine Anschlussendfläche jedes Kondensators ist an einem jeweiligen Kommutator-Anschlussstreifen angelötet.
• Ein Problem bei der Anbringung der Kondensatoren an einer festen Platte, wie einer gedruckten Leiterplatte, ist, dass der Spalt zwischen den Kommutator-Anschlussstreifen und den Anschlussendflächen der Kondensatoren nicht gesteuert werden kann. Die Größe des Spalts ist wichtig, um eine gute Lötverbindung herzustellen. Wenn der Spalt zu groß ist, wird zuviel Lötmittel benötigt, um den Spalt zu überbrücken, wodurch es schwierig wird, eine gute elektrische Verbindung zu erreichen. Wenn der Spalt zu klein ist, besteht die Schwierigkeit, den Kondensatoraufbau an dem Kommutator anzubringen. Es gibt jedoch eine große Toleranz bei der Länge der Chips und die radiale Ausdehnung der Anschlussstreifen nach dem Hot Staking variiert beträchtlich.
• Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, diese Probleme durch Bereitstellen eines gewickelten Läufers mit einer Chipkondensator-Störsignalunterdrückungs-Anordnung zu beseitigen, bei der es leicht ist, den Kondensator mit den Kommutatorsegmenten mit oder ohne einer Lötverbindung zu verbinden.
• Demzufolge stellt die vorliegende Erfindung einen Läufer für einen Elektromotor bereit, umfassend: eine Welle, einen Ankerkern mit einer Vielzahl von Polen, angebracht auf der Welle, eine Läuferwicklung, die um die Pole des Ankerkerns herum gewickelt ist, einen Kommutator, der an der Welle angebracht ist, wobei der Kommutator eine Vielzahl von Kommutatorsegmenten umfasst, wobei jedes Kommutatorsegment einen Kontaktabschnitt aufweist, um einen Gleitkontakt mit einer Bürste zu bilden, und einen Anschlussabschnitt, um eine elektrische Verbindung mit der Läuferwicklung zu bilden, wobei jeder Anschlussabschnitt einen Anschluss eines Isolations-verschiebenden Typs mit mechanischer Verbindung aufweist, der die Kommutatorsegmente mit der Läuferwicklung elektrisch verbindet, und eine Kommutatorbasis mit einem Segmenthalterungsabschnitt und einer Krone mit einer Vielzahl von ersten Ausnehmungen, die jeweils den Anschlussabschnitt eines jeweiligen Kommutatorsegments aufnehmen, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer ferner eine kapazitive Störsignalunterdrückungs-Anordnung umfasst, die eine Vielzahl von Chip-Typ-Kondensatoren umfasst, die jeweils eine erste Anschlussendfläche und eine zweite Anschlussendfläche und ein leitendes Element aufweisen, das jede der ersten Anschlussendflächen der Kondensatoren elektrisch kontaktiert, um eine gemeinsame Verbindung zu bilden, und dass die Krone eine Vielzahl von zweiten Ausnehmungen aufweist, die jeweils einen jeweiligen Kondensator aufnehmen, und die Anschlussabschnitte der Kommutatorsegmente jeweils einen Finger aufweisen, der die zweite Anschluss-Endfläche eines jeweiligen Kondensators direkt kontaktiert.
• Vorzugsweise sind die Kondensatoren in bezug auf die Welle axial orientiert.
• Alternativ sind die Kondensatoren radial orientiert und die zweiten Endflächen der Kondensatoren liegen direkt an den Fingern unter den federnden Druckwirkungen des leitenden Elements an.
• Die Ausnehmungen können sich von den Anschlussabschnitten radial nach außen erstrecken, da dies dem federnden leitenden Element ermöglicht, die Kondensatoren in einen Kontakt mit den Anschlussabschnitten zu drücken, während die Kondensatoren sicher lokalisiert werden.
• Vorzugsweise ist das leitende Element wenigstens ein Teil eines Federrings. Die Kondensatoren können an diesem Ring angelötet sein, da dies einen Zusammenbau in einigen Anwendungen erleichtert und eine zuverlässige selbsthalternde Verbindung zwischen den Kondensatoren und dem leitenden Element ergibt.
• Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
• Fig. 1 einen schematischen Querschnitt eines teilweise zusammengebauten Kommutators mit einem lötmittelfreiem Anschlussabschnitt, gemäß einer ersten Ausführungsform;
• Fig. 2 eine Endansicht des zusammengebauten Kommutators der Fig. 1, wobei ein Haltering zur Übersichtlichkeit weggelassen ist;
• Fig. 3 eine isometrische Ansicht eines Segments des Kommutators der Fig. 1 und 2;
• Fig. 4 ein Schablonenstück zum Bilden des Segments der Fig. 3;
• Fig. 5 ein Querschnitt eines Kommutatoraufbaus, der eine Veränderung zu der Anordnung der Fig. 1 zeigt; und
• Fig. 6 eine Endansicht des Kommutatoraufbaus der Fig. 5.
• Die Figuren zeigen einen Kommutator des Typs mit einer mechanischen Verbindung oder ohne Lötmittel, wie derjenige, der in der US-Patentbeschreibung 4584498 beschrieben ist. In diesem Typ von Kommutator weist die Kommutatorbasis einen Segmenthalterungsabschnitt 34, einen Abstandsstückabschnitt 36 und eine Krone 50 auf. Die Krone weist Ausnehmungen 51 zur Aufnahme des Anschlussabschnitts 38 der Kommutatorsegmente 32 sowie Schlitze 52 zur Aufnahme der Zuleitungsdrähte der Läuferwicklung für eine Verbindung mit den Kommutatorsegmenten 32 auf.
• Zusätzlich weist die Krone weitere Ausnehmungen 53 auf, die sich radial von den Anschlussausnehmungen 51 nach außen erstrecken, um Chip-Typ-Kondensatoren 44 aufzunehmen. Der obere Teil der Kondensatorausnehmungen 53 weist einen Schlitz 54 zur Aufnahme eines Drahtrings 47 auf. Die Kondensatoren 44 sind axial in den Kondensatorausnehmungen 53 angeordnet und der Drahtring ist federnd angebracht, so dass er an der Anschlussendfläche 45 der Kondensatoren anliegt. Wie gezeigt, liegt der Drahtring 47 federnd auf der radial äußeren Kante der Anschlussendfläche 45 an, obwohl natürlich der Drahtring an der Anschlussendfläche 45 mit geeigneten Modifikationen, die an den Kondensatorausnehmungen 53 durchgeführt sind, angelötet werden könnte, um den Drahtring 47 aufzunehmen. Die Kondensatoren 44 werden in den Kondensatorausnehmungen 53 durch die Kommutatorsegmente, unterstützt von einem Haltering 33, wenn dieser angebracht ist, gehalten.
• Die Kommutatorsegmente 32 weisen, wie deutlicher in der Fig. 3 gezeigt, einen Gleitabschnitt 37 auf, um einen Gleitkontakt mit Bürsten des Motors zu bilden, und einen Anschlussabschnitt zur Verbindung mit den Läuferwicklungen. Der Anschlussabschnitt 38 ist mit einem Anschluss 55 des Typs mit einer mechanischen Verbindung oder einer Isolations-verschiebenden Verbindung gebildet. Dieser Anschluss 55 ist in einer der Anschlussausnehmungen 51 der Krone untergebracht. Der Anschluss ist kastenförmig mit einem offenen oberen Ende und weist einen Schlitz 56 auf, der durch die vordere Endfläche und entlang der zwei Seitenendflächen geschnitten ist. Der Schlitz 56 ist in der vorderen Endfläche des Anschlusses breiter als entlang der Seitenendflächen, um einen Amboss 57 aufzunehmen, der innerhalb der Anschlussausnehmungen 51 gebildet ist, um den Zuleitungsdraht der Läuferwicklung zu haltern, wenn der Anschluss 55 in die Krone 50 eingefügt wird. Die Schlitze 56 spreizen und ergreifen den Zuleitungsdraht, wenn der Anschluss 55 eingefügt wird, wobei sie gleichzeitig durch die Isolation des Drahts schneiden, um einen elektrischen Kontakt damit zu bilden.
• Ein Finger 58 erstreckt sich radial von der hinteren Wand des Anschlusses 55, um einen Kontakt mit einem jeweiligen Kondensator 44 zu bilden. Wie in Fig. 1 gezeigt, hält ein Haltering 33 die Segmente auf der Kommutatorbasis und haltert gleichzeitig die Finger 58. Stachel 59, die auf den Anschlüssen gebildet sind, greifen in Wände der Ausnehmungen 51 ein, um eine Zurückziehung der Anschlüsse aus der Krone, wenn sie einmal angebracht sind, zu verhindern. Die Kommutatorsegmente 32 sind an der Basis durch Montieren der Segmente auf der Basis 31 befestigt, wie in Fig. 1 gezeigt, und werden dann in die mit dem Pfeil "A" angedeuteten Richtung bewegt, um die Anschlüsse 55 in die Ausnehmungen 51 in der Krone 50 hinein einzufügen.
• Der Haltering 33 ist in der Fig. 2 zur Übersichtlichkeit weggelassen worden, woraus ersehen werden kann, dass sich die Finger 58 radial erstrecken, um einen Kontakt mit den Anschlussendflächen 46 der Kondensatoren 44 zu bilden.
• Fig. 4 zeigt ein Schablonenstück, um das Kommutatorsegment 32, wie in Fig. 3 gezeigt, zu bilden. Ein Schablonenstück 60 wird aus einer Schicht aus einem geeigneten Material, wie Berylliumkupfer, ausgeschnitten und entlang der fünf Faltungslinien 61 gefaltet, um das Kommutatorsegment der Fig. 3 zu bilden. Der Gleitabschnitt 37 wird während einer Formung gekrümmt, so dass die Gleitabschnitte des zusammengebauten Kommutators eine fassartige zylindrische Gleitkontaktoberfläche bilden.
• Die Ausführungsformen der Fig. 5 und 6 sind ähnlich zu denjenigen der Fig. 1 und 2 mit Ausnahme davon, dass sich die Kondensatoren 44 radial erstrecken. In dieser Anordnung sind die Finger 58 gebogen, so dass sie sich axial in die Kondensatorausnehmungen 53 hinein erstrecken. Die Kondensatorausnehmungen sind an den vorderen und radial äußeren Seiten offen. Alternativ können die vorderen Seiten mit einem Schlitz für die Finger verschlossen sein und/oder die radial äußeren Seiten können einfach einen Schlitz zur Aufnahme des Drahtrings 47 aufweisen. Wie zuvor kann der Drahtring an der äußeren Anschlussendfläche 45 angelötet sein oder, wenn in geeigneter Weise von der Krone geführt, kann er gefedert sein, um einen direkten elektrischen Kontakt zu bilden, während gleichzeitig der Kondensator federnd in einen radialen Kontakt über seine innere Anschlussendfläche 46 mit dem Finger 48 in dem Kommutatorsegment gedrückt wird, wodurch ein vollständig lötmittelfreier Kommutatoraufbau mit unterdrückten Störsignalen geschaffen wird.
• Verschiedene Modifikationen können an den beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden und es ist wünschenswert, sämtliche derartigen Modifikationen einzubauen, sowie sie in den Umfang der Erfindung fallen, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert. Zum Beispiel kann der Drahtring an den Kondensatoren angelötet sein oder nicht und die Kondensatoren können an den Kommutatorsegmenten angelötet sein oder nicht. Während in den Ausführungsformen die Kondensatoren so dargestellt worden sind, wie sie radial außerhalb der Anschlussabschnitte der Kommutatorsegmente angeordnet sind, könnten die Kondensatoren, wenn der Platz dies erlaubt, in einem direktem Kontakt mit den Gleitabschnitten der Kommutatorsegmente angebracht oder innerhalb der Anschlussausnehmungen der Krone untergebracht werden. Während für eine Klarheit der Beschreibung ein Kommutator mit drei Schlitzen dargestellt worden ist, können Kommutatoren mit anderen Konfigurationen verwendet werden.

Claims (7)

1. Läufer für einen Elektromotor, umfassend:

eine Welle;

einen Ankerkern mit einer Vielzahl von Polen, die auf der Welle angebracht sind;

eine Läuferwicklung, die um die Pole des Ankerkerns herum gewickelt sind;

einen Kommutator (30), der an der Welle angebracht ist, wobei der Kommutator eine Vielzahl von Kommutatorsegmenten (32) umfasst, wobei jedes Kommutatorsegment (32) einen Kontaktabschnitt (37) zum Bilden eines Gleitkontakts mit einer Bürste und einen Anschlussabschnitt (38) zum Bilden einer elektrischen Verbindung mit der Läuferwicklung aufweist, wobei der Anschlussabschnitt (38) einen Anschluss (55) eines Isolations-verschiebenden Typs mit einer mechanischen Verbindung aufweist, der die Kommutatorsegmente (32) mit der Läuferwicklung elektrisch verbindet, und eine Kommutatorbasis (31) mit einem Segmenthalterungsabschnitt (34) und einer Krone (50) mit einer Vielzahl von ersten Ausnehmungen (51), die jeweiligen den Anschlussabschnitt (38) eines jeweiligen Kommutatorsegments (32) aufnehmen;

dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer ferner umfasst:

eine kapazitive Störsignalunterdrückungs-Anordnung (40) umfassend eine Vielzahl von Chip-Typ- Kondensatoren (44), die jeweils eine erste Anschlussendfläche (45) und eine zweite Anschlussendfläche (46) aufweisen; und

ein leitendes Element (47), welches jede der ersten Anschlussendflächen (45) der Kondensatoren (44) elektrisch kontaktiert, um eine gemeinsame Verbindung zu bilden, und dass

die Krone (50) eine Vielzahl von zweiten Ausnehmungen (53) aufweist, die jeweils einen jeweiligen Kondensator (44) aufnehmen; und

die Anschlussabschnitte (38) der Kommutatorsegmente (32) jeweils einen Finger (58) aufweisen, der die zweite Anschlussendfläche (46) eines jeweiligen Kondensators direkt kontaktiert.

2. Läufer nach Anspruch 1, wobei die Kondensatoren (44) radial bezüglich der Welle orientiert sind und wobei die zweiten Endflächen (46) der Kondensatoren (44) direkt auf den Fingern (58) unter der federnden Druckwirkung des leitenden Elements (47) anliegen.

3. Läufer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei sich die Ausnehmungen (53) radial von den Anschlussabschnitten (38) nach außen erstrecken.

4. Läufer nach Anspruch 1, wobei die Kondensatoren (44) axial bezüglich der Welle orientiert und in Ausnehmungen (53), die in der Krone (50) gebildet sind, durch die Finger (58) gehalten werden.

5. Läufer nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein flexibles Klebemittel das Halten der Kondensatoren (44) in den Ausnehmungen (53) unterstützt.

6. Läufer nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei die ersten Anschlussendflächen (45) der Kondensatoren (44) an dem leitenden Element (47) angelötet sind.

7. Läufer nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei das leitende Element (47) wenigstens einen Teil eines federnden Rings bildet.