DE3012506A1 - COMMUTATOR MOTOR - Google Patents
COMMUTATOR MOTORInfo
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Description
Sanyo Electric Co., Ltd.,
Moriguchi-shi, Osaka-fu/JapanSanyo Electric Co., Ltd.,
Moriguchi-shi, Osaka-fu / Japan
KommutatormotorCommutator motor
Die Erfindung betrifft einen Kommutatormotor, dessen Rotor zwei Kommutatoren und zwei Wicklungen aufweist, während der Stator zwei Ständerwicklungen hat und ein Umschalter vorgesehen ist, mit dem die Anschlüsse der vier Wicklungen geschaltet werden, so daß der Kommutatormotor wahlweise von einer Energiequelle mit niedriger oder von einer Energiequelle mit hoher Spannung gespeist werden kann.The invention relates to a commutator motor, the rotor of which has two commutators and two windings, while the stator has two stator windings and a changeover switch is provided with which the connections of the four windings are switched, so that the commutator motor selectively from a power source with low or from a power source with high voltage can be fed.
Ein derartiger Motor wird üblicherweise für elektrische Geräte verwendet, beispielsweise für Staubsauger, in denen der Motor sehr schnell laufen muß. Wenn ein derartiges Gerät exportiert wird, ist es manchmal erforderlich, den Kommutatormotor auf 110 V Netzspannung oder 220 V Netzspannung zu schalten, je nachdem, in welches Gebiet der Export erfolgt. Bei herkömmlichen Kommutatormotoren, die wahlweise für niedrige und für hohe Spannungen einsetzbar sind, besitzt der Rotor nur einen Kommutator und eine Rotorwicklung, während der Stator mit zwei Statorwicklungen ausgestattet ist. Wird ein derartiger Kommutatormotor bei der niedrigen Spannung verwendet, so werden, wie es in Fig. 1A gezeigt ist, die Statorwicklungen 1 und 2 parallelgeschaltet, mit denen dann die Rotorwicklung 3 in Reihe liegt. Wird dagegen der übliche Kommutatormotor an einer Energiequelle mit höherer Spannung betrieben, wie dies in Fig.1B gezeigt ist, so liegen die beiden Statorwicklungen 1 und 2 und die einzige Rotorwicklung 3 in Reihe, und ein Zweirichtungsthyristor 4 mit drei Anschlüssen, etwa ein Triac, ist mit den Wicklungen in Reihe geschaltet.Such a motor is usually used for electrical equipment, for example for vacuum cleaners, in which the motor must run very fast. When such a device is exported, it is sometimes necessary to use the commutator motor to switch to 110 V mains voltage or 220 V mains voltage, depending on the area to which the export takes place. With conventional Commutator motors, which can be used either for low or high voltages, have only one rotor Commutator and a rotor winding, while the stator is equipped with two stator windings. Will be such a commutator motor at the low voltage, as shown in Fig. 1A, the stator windings 1 and 2 are used connected in parallel, with which the rotor winding 3 is then in series. If, on the other hand, the usual commutator motor is connected to a When the energy source is operated at a higher voltage, as shown in FIG. 1B, the two stator windings 1 and 2 are located and the only rotor winding 3 in series, and a bidirectional three-terminal thyristor 4, such as a triac, is connected to the Windings connected in series.
Der Grund für die Verwendung eines derartigen Thyristors 4 ist folgender: wenn zwei Ständerwicklungen 1 und 2 in Reihe liegen, dann ist die dem Kommutatormotor von der Energiequelle hoher Spannung zugeführte Energie zu groß. Deswegen muß dieThe reason for using such a thyristor 4 is as follows: when two stator windings 1 and 2 in series then the energy supplied to the commutator motor from the high voltage energy source is too great. That's why she has to
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zugeführte Leistung zum Kommutatormotor durch den Thyristor derart gesteuert werden, daß die Eingangsleistung zum Motor verringert wird.power supplied to the commutator motor can be controlled by the thyristor so that the input power to the motor is decreased.
Bei einem üblichen Kommutatormotor ist außerdem bei Speisung von der Energiequelle niedriger Spannung das Verhältnis der Ampere-Windungen (Durchflutung) der zwei Statorwicklungen 1 und 2 zur Durchflutung der Rotorwicklung 3 1 oder kleiner, so daß eine gute Kommutierung, bei der Funkenbildung unterdrückt wird, sich nicht durchführen läßt. Um diesen Mangel £u beheben, könnte man daran denken, die Windungszahl der Statorwicklungen 1 und 2 zu erhöhen oder die Windungszahl der Rotorwicklung 3 z*u verkleinern. Wird jedoch die Zahl der Windungen der Statorwicklungen 1 und 2 vergrößert, dann wird die dem Kommutator-'motor bei niedriger Spannung zugeführte Leistung zu gering. Vermindert man dagegen die Anzahl der Windungen in der Rotorwicklung 3, so ist die vom Kommutatormotor bei Anliegen hoher Spannung aufgenommene Leistung zu groß* Eine derartige Veränderung der Windungszahlen ist also.nicht durchführbar.In the case of a conventional commutator motor, when the power source is supplied with a low voltage, the ratio is Ampere turns (flow) of the two stator windings 1 and 2 for flow through the rotor winding 3 1 or less, so that good commutation, in which spark formation is suppressed, cannot be carried out. To remedy this deficiency, one could think of increasing the number of turns of the stator windings 1 and 2 or the number of turns of the rotor winding 3 z * u decrease. However, the number of turns of the stator windings becomes 1 and 2, then the power supplied to the commutator motor at low voltage will be too low. If, on the other hand, the number of turns in the rotor winding is reduced 3, the power consumed by the commutator motor when a high voltage is applied is too great * Such a change the number of turns is therefore not feasible.
Um das Durchflutungsverhältnis auf den Wert. 1 oder größer zu stellen, wurde die Anzahl der Windungen in der Rotorwicklung allgemein verringert, wobei gleichzeitig die.Stärke des Rotorkerns erhöht wurde, wodurch verhindert wird, daß die dem Kommutatormotor bei Anliegen hoher Spannung zugeführte Leistung zu groß wird. Dies hat zur Folge, daß .ein herkömmlicher Kommutatormotor, der wahlweise für zwei verschiedene Spannungen verwendet werden kann, zwangsläufig große Abmessungen hat. Wegen Verwendung des Thyristors 4 hat außerdem die Eingangswelle nicht Sinusform, weswegen die magnetische Geräuschbildung des Motors höher ist.To the flow rate ratio on the value. 1 or greater too the number of turns in the rotor winding has generally been reduced, while at the same time the strength of the rotor core has been increased, thereby preventing the power supplied to the commutator motor when the voltage is high gets too big. As a result, a conventional commutator motor which can optionally be used for two different voltages, inevitably has large dimensions. In addition, because the thyristor 4 is used, the input wave does not have a sinusoidal shape, which is why the magnetic noise is generated of the engine is higher.
Mit der Erfindung wird.ein Kommutatormotor geschaffen, der einen ersten und einen zweiten Kommutator aufweist, die auf der Motorwelle sitzen, ferner eine erste Rotorwicklung, die mit ihren Wicklungsenden mit dem ersten Kommutator verbunden ist, eine zweite Rotorwicklung, deren Wicklungsenden mit dem zweiten Kommutator verbunden sind, eine erste StatorwicklungWith the invention, a commutator motor is created which a first and a second commutator, which are seated on the motor shaft, further a first rotor winding, the is connected with its winding ends to the first commutator, a second rotor winding, whose winding ends with the second commutator are connected, a first stator winding
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und eine zweite Statorwicklung und einen Umschalte::, mit dem es möglich ist, in einer ersten Schaltstellung die erste und die zweite Rofcorwick.lung parallel an die Spannungsquelle zu legen und aich die erste und die zweite Statorwicklung parallel an die SpannungsquelLe zu legen, wenn der Kommutatormotor an eine Spannungsquelle mit niedriger Spannung angeschlossen ist, während in einer zweiten Schaltste.'.lung der Umschalter die erste Rotorwicklung, die zweite Rotorwicklung, die erste Statorwicklung und die zweite StatorwickJ.ung in Reihe schaltet, wenn der Kommutatormotor an einer Spannungsquelle hoher Spannung liegt, wodurch der Kommutatormotor nach Belieben mit niedriger oder hoher Spannung betrieben werden kann und zu dem Zweck lediglich der Umschalter umgelegt zu werden braucht. Bei diesem Kommutatormotor braucht der magnetische Kern des Rotors nur verhältnismäßig schwach zu sein, weswegen der Motor klein und leicht baut, während andererseits bei de;r Kommutierung keine Funkenbildung auftritt.and a second stator winding and a switch :: with which it is possible, in a first switching position, to connect the first and second Rofcorwick.lung in parallel to the voltage source and put the first and second stator windings in parallel to be applied to the voltage source when the commutator motor is on a voltage source with low voltage is connected, while in a second switching position the changeover switch is the first Rotor winding, the second rotor winding, the first stator winding and the second stator winding connected in series if the commutator motor is connected to a voltage source of high voltage, whereby the commutator motor is at will with lower or high voltage can be operated and for this purpose only the changeover switch needs to be thrown. With this one Commutator motor, the magnetic core of the rotor only needs to be relatively weak, which is why the motor is small and easily builds, while on the other hand there is no commutation Sparking occurs.
Anhand von Ausführungsbeispielen wird due Erfindung nachfolgend in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:The invention is described below on the basis of exemplary embodiments explained in detail in conjunction with the drawing. Show it:
Fig. 1 das Schaltschema der Wicklungen eines herkömmlichen Kommutatormotors für Betrieb mit zwei Spannungen, wobei bei (A) die Speisung mit niedrigem Spannung bei (B) die Speisung mit hoher Spannung e>.rfolgt;Fig. 1 is the circuit diagram of the windings of a conventional commutator motor for operation with two voltages, wherein at (A) the feeding with low voltage at (B) the feeding with high voltage e>. takes place;
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kommutatormotors;Fig. 2 shows a first embodiment of the invention Commutator motor;
Fig.3A und B Schaltbilder der Wicklunger des Kommutatormotors aus Fig. 2 bei Speisung mit niedriger bzw. hoher Spannung;3A and B are circuit diagrams of the windings of the commutator motor from FIG. 2 with low and high supply, respectively Tension;
Fig. 4 den Rotor des Kommutatormotors aus Fig. 2 in Seitenansicht bei (A), in Ansicht von ]inks bei (B) und in Ansicht von rechts (C);4 shows the rotor of the commutator motor from FIG. 2 in a side view at (A), in a view from ] inks at (B) and in a view from the right (C);
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Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel· des Rotors in Seitenansicht bei (A), in Ansicht von links bei (B) und in Ansicht von rechts bei (C);Fig. 5 shows a further embodiment of the rotor in a side view at (A), in a view from the left at (B) and in a view from the right at (C);
Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel des Kommutatormotors nach der Erfindung;6 shows a second embodiment of the commutator motor according to the invention;
Fig. 7A und B Schaltbilder der Wicklungen des Kommutatormotors aus Fig. 6 bei Anschluß an niedrige bzw. hohe Spannung;7A and B are circuit diagrams of the windings of the commutator motor from FIG. high voltage;
Fig. 8 einen axialen Längsschnitt durch ein mit dem erfindungsgemäßen Kommutatormotor ausgestattetes Gebläse;Fig. 8 is an axial longitudinal section through a with the invention Commutator motor equipped blower;
Fig. 9 eine Draufsicht auf den Gebläsemotor des Gebläses der Fig. 8;Fig. 9 is a plan view of the fan motor of the fan of Fig. 8;
Fig. 10 einen einen Bürstenhalter des Motors aus Fig. 8 zeigenden Schnitt in einer auseinandergezogenen Darstellung zur Erläuterung, wie die Bürsten eingesetzt v/erden; undFIG. 10 is an exploded section showing a brush holder of the motor from FIG. 8 to explain how the brushes are inserted; and
Fig. 11 eine der Draufsicht der Fig. 9 vergleichbare Draufsicht auf einen herkömmlichen Gebläsemotor.FIG. 11 is a plan view, comparable to the plan view of FIG. 9, of a conventional fan motor.
Zunächst wird das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kommutatormotors in Verbindung mit den Figuren 2 bis 4 betrachtet. Dieser Kommutatormotor besitzt einen Rotor 5 und einen Stator 6. Das Blechpaket (Rotorkern) 8 ist praktisch in der Mitte der Welle 7 des Rotors 5 befestigt. Ein erster Kommutator 9 und ein zweiter Kommutator 10 sind jeweils auf einer Seite des Blechpaketes 8 auf der Rotorwelle befestigt. Ein erstes Paar von Bürsten 11 und ein zweites Paar von Bürsten 12 sind auf die Kommutatoren 9 bzw. 10 aufgesetzt. Die Rotorwelle 7 ist mit Lagern 13 an ihren beiden Enden gelagert.First of all, the first embodiment of the commutator motor according to the invention is considered in connection with FIGS. 2 to 4. This commutator motor has a rotor 5 and a stator 6. The laminated core (rotor core) 8 is practical fixed in the middle of the shaft 7 of the rotor 5. A first commutator 9 and a second commutator 10 are each open one side of the laminated core 8 attached to the rotor shaft. A first pair of brushes 11 and a second pair of brushes 12 are placed on the commutators 9 and 10, respectively. The rotor shaft 7 is supported by bearings 13 at both ends.
In die Nuten des Blechpakets 8 sind eine erste Rotorwicklung 14 und eine zweite Rotorwicklung 15 eingelegt. Die Wicklungsenden 14' der ersten Rotorwicklung 14 sind mit dem ersten Kommutator 9, die Wicklungsenden 15' der zweiten Rotorwicklung 15 mit dem zweiten Kommutator 10 verbunden. Eine erste Ständerwicklung 17 und eine zweite Ständerwicklung 18 liegen parallel in denA first rotor winding 14 is located in the slots of the laminated core 8 and a second rotor winding 15 is inserted. The winding ends 14 'of the first rotor winding 14 are connected to the first commutator 9, the winding ends 15 'of the second rotor winding 15 with the second commutator 10 connected. A first stator winding 17 and a second stator winding 18 are parallel in the
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Wicklungsräumen eines Ständerblechpaketes 16. Die Darstellung der Ständerwicklungen 17 und 18 und ihre Anordnung im Ständerblechpaket 16 ist in der unsymmetrisch gezeichneten Form stark schematisiert. Ein Umschalter 19 besitzt zwei bewegliche Schaltarme, einen ersten 20 und einen zweiten 21, die gegeneinander verriegelt sind.Winding spaces of a stator core 16. The representation of the stator windings 17 and 18 and their arrangement in the stator core 16 is highly schematized in the asymmetrically drawn form. A changeover switch 19 has two movable switching arms, a first 20 and a second 21 which are locked against each other.
Wenn der Kommutatormotor mit niedriger Spannung gespeist wird, dann stehen die Schaltarme 20, 21 in der in Fig. 2 ausgezogen gezeichneten Stellungen, wobei eine erste Anschlußklemme 22, die fest mit dem ersten Schaltarm 20 verbunden ist, von diesem mit einer ersten Umschaltklemme 23 in Verbindung gebracht ist, während eine zweite feste Anschlußklemme 24, die mit dem zweiten Schaltarm 21 verbunden ist, von diesem mit einer zweiten Umschaltklemme 25 in Verbindung gebracht ist. Bei Anschluß des Kommutatormotors an eine höhere Spannung gelten die gestrichelt gezeichneten Schalterverbindungen, wobei die erste feste Anschlußklemme 22, die mit dem Umschaltarm 20 in Verbindung steht, von diesem mit der Umschaltanschlußklemme 25 in Verbindung gebracht ist, während die zweite feste Anschlußklemme 24 durch den Umschaltarm 21 an die dritte Umschaltanschlußklemme 26 gelegt ist.When the commutator motor is fed with a low voltage, the switching arms 20, 21 are in the extended position shown in FIG positions shown, wherein a first terminal 22, which is fixedly connected to the first switching arm 20, of this with a first switching terminal 23 is connected, while a second fixed terminal 24 connected to the second Switching arm 21 is connected, of this with a second switching terminal 25 is associated. When the commutator motor is connected to a higher voltage, the dashed lines apply Drawn switch connections, the first fixed terminal 22 connected to the switching arm 20 in connection is, is brought from this with the switching terminal 25 in connection, while the second fixed terminal 24 is connected to the third changeover connection terminal 26 by the changeover arm 21.
Die erste feste Anschlußklemme 22 ist mit der einen Bürste des zweiten Bürstensatzes 12 verbunden. Die zweite feste Anschlußklemme 24 steht in Verbindung mit einem Pol'einer Spannungsquelle 27 sowie mit einem Ende der zweiten Statorwicklung 18. Die erste Umschaltanschlußklemme 23 ist mit dem zweiten Pol der Spannungsquelle 27 in Verbindung, sowie mit dem einen Ende der ersten Statorwicklung 17. Die zweite Umschaltanschlußklemme 25 ist mit einer Bürste des ersten Bürstensatzes 11 verbunden. Die dritte Umschaltanschlußklemme 26 ist dagegen leer. Das zweite Ende der zweiten Statorwicklung 18 ist direkt mit der zweiten Bürste des zweiten Bürstensatzes 12 verbunden, während das zweite Ende der ersten Statorwicklung 17 mit der zweiten Bürste des ersten Bürstensatzes 11 verbunden ist.The first fixed connection terminal 22 is connected to the one brush of the second brush set 12. The second fixed connection terminal 24 is connected to a pole of a voltage source 27 and with one end of the second stator winding 18. The first changeover connection terminal 23 is connected to the second Pole of the voltage source 27 in connection, as well as with one end of the first stator winding 17. The second changeover connection terminal 25 is connected to a brush of the first brush set 11. The third changeover terminal 26 is on the other hand empty. The second end of the second stator winding 18 is directly connected to the second brush of the second brush set 12, while the second end of the first stator winding 17 is connected to the second brush of the first brush set 11.
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Wenn also der Umschalter 19 mit seinen Umschaltarmen 20, 21 in der ausgezogen dargestellten Stellung der Fig. 2 steht, herrscht die Schaltverbindung gemäß Fig. 3A, bei der die erste und die zweite Statorwicklung 14 und 17 einerseits und die erste und die zweite Rotorwicklugn 15 und 18 andererseits in Reihe liegen und diese beiden Reihenschaltungen parallelgeschaltet sind. Dieser Schaltungszustand gilt für Speisung mit dem niedrigen Spannungswert.So when the changeover switch 19 with its changeover arms 20, 21 is in the extended position shown in FIG. 2, there is the switching connection according to FIG. 3A, in which the first and the second stator windings 14 and 17 on the one hand and the first and second rotor windings 15 and 18 are on the other hand in series and these two series connections are connected in parallel are. This switching status applies to supply with the low voltage value.
Wird der Umschalter in die gestrichelt gezeigte Stellung der Fig. 2 geschaltet, so gilt das Schaltbild gemäß Fig. 3B, in der sämtliche Wicklungsteile in Stator und Rotor 14, 15, und 18 hintereinander geschaltet sind. Auch wenn eine Spannung vom doppelten Wert der niedrigen Spannung an die beiden Enden der Reihenschaltung angelegt wird, ist die an den einzelnen Wicklungen 14, 15, 17, 18 liegende Teilspannung nicht höher als die bei Speisung des Motors mit dem niedrigen Spannungswert. Durch Umschalten des Umschalters 19 zwischen den beiden möglichen Schaltstellungen kann bei Speisung mit ein und derselben Spannung die Drehzahl verändert werden, so daß der Kommutatormotor auch als Motor mit zwei Drehzahlen verwendbar ist. Als nächstes wird anhand der Darstellungen der Fig. 4 die Anordnung der Rotorwicklungen 14 und 15 betrachtet. Zunächst wird die erste Rotorwicklung 14 in die unteren Abschnitte der Nuten des Blechpakets 8 eingelegt, und ihre Enden 14' werden entsprechend mit den Segmenten des ersten Kommutators 9 verbunden. Anschließend wird die zweite Rotorwicklung 15 darüber in den oberen Teil der Nuten eingelegt, und es werden dann die jeweiligen Spulenenden 15' mit den zugehörigen Segmenten des zweiten Kommutators 10 verbunden. Da zwei Rotorwicklungen 14 und 15 in den oberen bzw. unteren Teil der Nuten eingelegt sind, ist die Spannungsdifferenz zwischen benachbarten Bereichen a und b der oberen Wicklungsspule oder der unteren Wicklungsspule,wie in Fig. 4C gezeigt, klein, so daß die Spannungsfestigkeitseigenschaften in den einzelnen Abschnitten des Motors verbessert sind.If the changeover switch is switched to the position shown in broken lines in FIG. 2, the circuit diagram according to FIG. 3B applies, in which all winding parts in the stator and rotor 14, 15 and 18 are connected in series. Even if a tension of twice the value of the low voltage applied to the two ends of the series circuit is that of the individual Windings 14, 15, 17, 18 lying partial voltage is not higher than that when the motor is supplied with the low voltage value. By switching the switch 19 between the two possible switching positions, the speed can be changed with the supply of one and the same voltage, so that the Commutator motor can also be used as a motor with two speeds. Next, with reference to the representations in FIG. 4 the arrangement of the rotor windings 14 and 15 is considered. First the first rotor winding 14 is inserted into the lower sections of the slots of the laminated core 8, and its ends 14 'are correspondingly connected to the segments of the first commutator 9. Then the second rotor winding 15 is over it inserted into the upper part of the grooves, and then the respective coil ends 15 'with the associated segments of the second commutator 10 connected. Since two rotor windings 14 and 15 are inserted into the upper and lower part of the grooves, respectively is the voltage difference between adjacent areas a and b of the upper winding coil or the lower winding coil, such as shown in Fig. 4C, small, so that the withstand voltage properties are improved in the individual sections of the engine.
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Es ist auch möglich, die erste Rotorwicklung 14 mit einer herkömmlichen Spulenwickelmaschine zu wickeln und anschließend die zweite Rotorwicklung 15 damit zu wickeln, wobei das Blechpaket 8 umgedreht wird. Auf diese Weise läßt sich eine übliche Spulenwickelmaschine mit Vorteil einsetzen, was die Bedingungen für die Massenproduktion begünstigt. Bei diesem Aufbau herrscht jedoch zwischen der obenliegenden zweiten Rotorwicklung 15 und der untenliegenden ersten Rotorwicklung 14 eine hohe Spannungsdifferenz, so daß eine isolierende Papierzwischenlage eingefügt werden sollte.It is also possible, the first rotor winding 14 with a conventional coil winding machine to wind and then the second rotor winding 15 to wind it, the laminated core 8 is turned over. In this way, a conventional coil winding machine can be used with advantage, which the conditions favored for mass production. In this structure, however, there is between the second rotor winding on top 15 and the underlying first rotor winding 14 have a high voltage difference, so that an insulating paper intermediate layer should be inserted.
Es muß an dieser Stelle bemerkt werden, daß bei Einsatz der in Fig. 4 gezeigten Rotorwicklung an der Speisungsquelle mit niedriger Spannung die Abgabeleistung des Kommutatormotors etwas herabgesetzt ist. Die Abgabeleistung P des Kommutatormotors ist nämlich durch folgende Gleichung wiederzugeben:It must be noted at this point that when using the The rotor winding shown in FIG. 4 at the low voltage supply source shows the output power of the commutator motor is somewhat degraded. The output power P of the commutator motor can be represented by the following equation:
P = M(ZS1 I1 + 02 I1) + k (^1 I2 + φ2 I2)P = M (ZS 1 I 1 + 0 2 I 1 ) + k (^ 1 I 2 + φ 2 I 2 )
worin φ. den von der ersten Statorwicklung 17 erzeugtenwhere φ. that generated by the first stator winding 17
magnetischen Fluß,magnetic flux,
φ~ den von der zweiten Statorwicklung 18 erzeugten magnetischen Fluß, φ ~ the magnetic flux generated by the second stator winding 18,
11 den durch die erste Rotorwicklung 14 fließenden Strom und1 1 the current flowing through the first rotor winding 14 and
12 den durch die zweite Rotorwicklung 15 fließenden Strom bedeuten.1 2 mean the current flowing through the second rotor winding 15.
Beachtet man die Reaktanzen der ersten und der zweiten Rotorwicklung 14 bzw. 15, so ist der Wert der Reaktanz für die erste Rotorwicklung 14, die im unteren Abschnitt der Nut des Rotorblechpaketes 8 liegt, größer als der Reaktanzwert für die zweite Rotorwicklung 15, die im oberen Nut'abschnitt liegt. Auch wenn φ. und I1 phasengleich und Φ2 und I2 phasengleich sind, so stimmen die Phasenlagen von ^2 und I1 bzw.'φ. und I2 If the reactances of the first and second rotor windings 14 and 15 are taken into account, then the value of the reactance for the first rotor winding 14, which is located in the lower section of the groove of the laminated rotor core 8, is greater than the reactance value for the second rotor winding 15, which is located in upper groove 'section lies. Even if φ. and I 1 are in phase and Φ 2 and I 2 are in phase, the phase positions of ^ 2 and I 1 or 'φ are correct. and I 2
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nicht überein. Für diesen Fall sind die Vektorprodukte ^0I1 und Φ*Ί-2 kleiner/ als wenn φ^ un<3· 1I bzw. φ^ und I- phasengleich sind. Daraus ergibt sich/ daß die Abgabeleistung des Kommutatormotors herabgesetzt ist.do not match. In this case, the vector products ^ 0 I 1 and Φ are * Ί-2 kle i ner / as if φ ^ un <3 x 1 I and φ ^ and I are in phase. As a result, the output power of the commutator motor is reduced.
Anhand der Fig. 5 soll nun eine andere Möglichkeit des Wicklungs aufbaus im Rotor, bestehend aus den Rotorwicklungen 14 und 15/ beschrieben werden. Die Bezugszeichenwahl unterscheidet sich nicht von der in Fig. 4.With reference to Fig. 5, another possibility of the winding structure in the rotor, consisting of the rotor windings 14 and 15 / to be discribed. The choice of reference symbols does not differ from that in FIG. 4.
Beim Einführen der Rotorwicklung in die Nuten des BlechpaketesWhen inserting the rotor winding into the slots of the laminated core
8 werden stets zwei Kupferdrähte parallel geführt. Die Spulenenden 14" der ersten Rotorwicklung 14, die durch einen der Kupferdrähte gebildet wird, werden mit dem ersten Kommutator8 two copper wires are always run in parallel. The coil ends 14 "of the first rotor winding 14, which is passed through one of the Copper wires are formed with the first commutator
9 verbunden. In gleicher Weise werden die Spulenenden 15' der zweiten Rotorwicklung 15, die durch den anderen Kupferdraht gebildet wird, mit dem zweiten Kommutator 10 verbunden. Da bei diesem Verfahren zwei Kupferdrähte gleichzeitig in die Nut eingebracht werden, die dann die Rotorwicklungen 14 und 15 bilden, sind für diese beiden Wicklungen die Reaktanzen praktisch gleich, so daß auch der durch die zweite Statorwicklung erzeugte magnetische Fluß φ~ dieselbe Phase hat wie der Strom I1, der in der ersten Rotorwicklung 14 fließt, während der magnetische Fluß ^1 der ersten Statorwicklung 17 phasengleich mit dem Strom Ip der zweiten Rotorwicklung 15 ist. Auch bei Verwendung dieses Kommutatormotors an niedriger Spannung ist die Abgabeleistung des Kommutatormotors- nicht herabgesetzt, sondern es kann vielmehr der Maximalwert entnommen werden.9 connected. In the same way, the coil ends 15 ′ of the second rotor winding 15, which is formed by the other copper wire, are connected to the second commutator 10. Since with this method two copper wires are introduced into the groove at the same time, which then form the rotor windings 14 and 15, the reactances for these two windings are practically the same, so that the magnetic flux φ ~ generated by the second stator winding has the same phase as the Current I 1 , which flows in the first rotor winding 14, while the magnetic flux ^ 1 of the first stator winding 17 is in phase with the current Ip of the second rotor winding 15. Even when this commutator motor is used at a low voltage, the output power of the commutator motor is not reduced, but rather the maximum value can be taken.
Die Wicklungsteile a und c aus den beiden Kupferdrähten liegen, wie es die Fig. 5C zeigt, nahe beieinander, so daß bei der Schaltung gemäß Fig. 3B zwischen diesen Wicklungsabschnitten eine große Spannungsdifferenz herrscht. Es besteht also die Gefahr zu Kurzschlüssen, wenn die Isolation der Drähte beschädigt ist, so daß bei der Herstellung große Vorsicht walten muß.The winding parts a and c from the two copper wires are, as shown in FIG. 5C, close to one another, so that in the Circuit according to FIG. 3B, there is a large voltage difference between these winding sections. So there is the Risk of short circuits if the insulation of the wires is damaged, so great care must be taken during manufacture got to.
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Die folgende Beschreibung richtet sich auf eine zweite Ausführungsform, die in den Figuren 6 und 7 gezeigt ist, wobei die sich von den Teilen der Figuren 2 und 3 nicht unterscheidenden Elemente die gleichen Bezugszeichen tragen. Der Aufbau von Rotor 5 und Stator 6 sind wie im Beispiel der Fig. 2; ein Unterschied herrscht bei der Gestaltung und den Anschlüssen des Umschalters 28.The following description is directed to a second embodiment, which is shown in Figures 6 and 7, the elements that do not differ from the parts in FIGS. 2 and 3 have the same reference numerals. The structure of rotor 5 and stator 6 are as in the example of FIG. 2; there is a difference in the design and the Connections of the changeover switch 28.
Der Umschalter 28 hat vier Schaltarme, einen ersten Schaltarm 29, einen zweiten Schaltarm 30, einen dritten Schaltarm 31 und einen vierten Schaltarm 32. Soll der Kommutatormotor an niedriger Spannung betrieben werden, so gilt die Schalterstellung, die in der Fig. 6 durchgezogen gezeichnet ist. Hierbei wird eine erste feste Anschlußklemme 33 durch den ersten Schaltarm 29 mit einer ersten Umschaltklemme 34 verbunden; eine zweite feste Schalterklemme 35 ist über den zweiten Umschaltarm 30 mit einer zweiten Umschaltklemme 36 verbunden; eine dritte feste Schalterklemme 3 7 ist über den dritten Umschaltarm 31 mit einer dritten Umschaltklemme 38 verbunden; eine vierte feste Schalterklemme 39 ist über den vierten Umschaltarm 32 mit einer vierten Umschaltklemme 40 verbunden.The changeover switch 28 has four switching arms, a first switching arm 29, a second switching arm 30, and a third switching arm 31 and a fourth switching arm 32. If the commutator motor is to be operated at low voltage, the switch position applies which is drawn in solid line in FIG. 6. Here, a first fixed terminal 33 is through the first Switching arm 29 connected to a first switching terminal 34; a second fixed switch terminal 35 is across the second switch arm 30 connected to a second changeover terminal 36; a third fixed switch terminal 37 is above the third Changeover arm 31 connected to a third changeover terminal 38; a fourth fixed switch terminal 39 is above the fourth Switching arm 32 connected to a fourth switching terminal 40.
Wenn der Kommutatormotor dagegen an hohe Spannung gelegt werden soll, so ist die Schalterstellung in der Fig. 6 gestrichelt gezeigt. Hierbei ist die erste feste Schalterklemme 33 durch den ersten Umschaltarm 29 auf eine leere fünfte Umschaltklemme 41 geschaltet, während die zweite feste Schalterklemme· 35 über den Umschaltarm 30 mit der ersten Umschaltklemme 34 in Verbindung gebracht ist. Die dritte feste Schalterklemme 37 steht über den dritten Umschaltarm 31 mit einer sechsten, leeren Umschaltklemme 42 in Verbindung, und die vierte feste Schalterklemme 39 ist über den vierten Umschaltarm 32 mit der dritten Umschaltklemme 38 in Verbindung gebracht.If, on the other hand, the commutator motor is to be connected to a high voltage, the switch position in FIG. 6 is dashed shown. Here, the first fixed switch terminal 33 is through the first switch arm 29 to an empty fifth switch terminal 41 switched, while the second fixed switch terminal 35 via the switch arm 30 with the first switch terminal 34 is associated. The third fixed switch terminal 37 is on the third switch arm 31 with a sixth, empty switching terminal 42 in connection, and the fourth fixed switch terminal 39 is via the fourth switching arm 32 with the third changeover terminal 38 connected.
Die erste feste Schalterklemme 33 liegt an einem Pol 27 der Stromquelle, an den auch eine Bürste des zweiten Bürstenpaaros 12 angeschlossen ist. Die zweite feste Schalterklemme 35 istThe first fixed switch terminal 33 is connected to a pole 27 of the power source, which is also connected to a brush of the second pair of brushes 12 is connected. The second fixed switch terminal 35 is
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-'42 --'42 -
mit der anderen Bürste des zweiten Bürstenpaares 12 verbunden. Die dritte feste Schalterklemme 37 ist mit dem zweiten Pol der Spannungsquelle 27 verbunden und außerdem mit einem Ende der zweiten Statorwicklung 18. Die vierte feste Schalterklemme 39 ist an das andere Ende der zweiten Statorwicklung 18 angeschlossen. Die erste Umschaltklemme 34 ist mit einer Bürste des ersten Bürstensatzes 11 verbunden. Die zweite Umschaltklemme 36 steht sowohl mit dem einen Ende der ersten Statorwicklung 17 als auch mit der zweiten Bürste des ersten Bürstensatzes 11 in Verbindung und darüber hinaus mit der vierten Umschaltklemme 40. Die dritte Umschaltklemme 38 ist an das andere Ende der ersten Statorwicklung 17 angeschlossen. Die fünfte und sechste Umschaltklemme 41.und 42 sind, wie bereits erwähnt, leer.connected to the other brush of the second pair of brushes 12. The third fixed switch terminal 37 is to the second pole the voltage source 27 and also to one end of the second stator winding 18. The fourth fixed switch terminal 39 is connected to the other end of the second stator winding 18. The first changeover terminal 34 is with a brush of the first set of brushes 11 connected. The second changeover terminal 36 is connected to one end of the first stator winding 17 as well as with the second brush of the first brush set 11 in connection and also with the fourth Changeover terminal 40. The third changeover terminal 38 is connected to the other end of the first stator winding 17. the fifth and sixth changeover terminal 41st and 42 are, as already mentioned, empty.
Bei Stellung des Umschalters 28 in der ausgezogen gezeichneten Position gemäß Fig. 6 liegen die beiden Rotorwicklungen 14 und 15 zueinander parallel, und Gleiches gilt für die beiden Statorwicklungen 17 und 18. Diese Parallelkreise sind dann miteinander in Reihe geschaltet, wie in Fig. 7A gezeigt. Diese Schaltung gilt für Speisung des Kommutatormotors in der zweiten Ausführungsform von einer Stromquelle mit niedrigem Spannungswert. When the changeover switch 28 is in the position shown in solid lines according to FIG. 6, the two rotor windings 14 and 14 are located 15 parallel to each other, and the same applies to the two stator windings 17 and 18. These parallel circuits are then connected in series with one another, as shown in Fig. 7A. This circuit applies to the supply of the commutator motor in the second embodiment from a current source with a low voltage value.
Soll der Motor an einer Stromquelle mit hohem Spannungswert betrieben werden, dann wird der Umschalter 28 in die in Fig.6 gestrichelt gezeichnete Stellung umgelegt. Alle Wicklungen des Rotors und des Stators liegen dann so in Reihe, wie es die Fig. 7B zeigt. Die einzelnen Wicklungen 14, 15, 17 und 18 haben also bei Speisung mit der hohen Spannung dieselben Teilspannungswerte wie bei Speisung mit der niedrigen Spannung.If the motor is to be operated on a current source with a high voltage value, the changeover switch 28 is switched to the position shown in FIG position shown in dashed lines. All windings of the rotor and the stator are then in series as it shows Fig. 7B. The individual windings 14, 15, 17 and 18 have the same partial voltage values when fed with the high voltage as when fed with the low voltage.
Die nachfolgende Beschreibung betrifft ein Gebläse, das mit dem erfindungsgemäßen Kommutatormotor angetrieben ist, und bezieht sich auf die Figuren 8 bis 10.The following description relates to a fan which is driven by the commutator motor according to the invention, and relates to FIGS. 8 to 10.
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Ein elektrisch angetriebenes Gebläse 43 weist ein Motorgehäuse 44 aus Blech auf, das im Ziehverfahren hergestellt ist. Ein Lagerschild 45 mit vergrößertem Durchmesser deckt die eine Öffnungsseite des Motorgehäuses 44 ab und ist daran mit Schrauben oder dgl. befestigt. Durch Kugellager 13 ist die Welle 7 des Rotors 5 in eingeprägten zentralen Vertiefungen des Lagerschildes 45 und eines weiteren Lagerschildes auf der anderen Seite des Lagergehäuses 44 gehaltert. Die Welle 7 steht mit einem Wellenende aus dem Lagerschild 45 vor. Auf das Wellenende ist ein Zentrifugallüfterrad 46 aufgesetzt.An electrically driven fan 43 has a motor housing 44 made of sheet metal which is produced using a drawing process. A End shield 45 with an enlarged diameter covers one opening side of the motor housing 44 and is attached to it Screws or the like. Attached. By means of ball bearings 13, the shaft 7 of the rotor 5 is in embossed central depressions of the bearing plate 45 and another bearing plate on the other side of the bearing housing 44 is supported. The shaft 7 is standing with a shaft end from the end shield 45 before. A centrifugal fan wheel 46 is placed on the shaft end.
Eine Luftführungsplatte 47 befindet sich zwischen dem Lüfterrad 46 und dem Lagerschild 45. Der Lagerschild 45 hat im Randbereich einen vorstehenden Rand 48, der das Motorgehäuse 44 mit radialem Abstand übergreift. Die öffnung des Lüftergehäuses 49 ist über den Rand 48 gesteckt. Das Lüftergehäuse 49 weist in seiner Mitte eine Lufteintrittsöffnung 50 auf. Im Lagerschild 45 sind Belüftungsöffnungen 51 und 52 angebracht, über die das Innere des Motorgehäuses 44 belüftet wird.An air guide plate 47 is located between the fan wheel 46 and the bearing plate 45. The bearing plate 45 has in the edge area a protruding edge 48 which engages over the motor housing 44 at a radial distance. The opening of the fan housing 49 is pushed over the edge 48. The fan housing 49 has an air inlet opening 50 in its center. In the end shield 45 ventilation openings 51 and 52 are provided, through which the interior of the motor housing 44 is ventilated.
Wenn sich der Lüfter dreht, wird durch den Lufteinlaß 50 Luft angesaugt und durch die Belüftungsöffnungen 51 in das Motorgehäuse 44 geblasen, nachdem sie um die Führungsplatte 47 herum gestrichen ist, wo dann Rotor 5 und Stator 6 gekühlt werden, bevor die Luft aus den Belüftungsöffnungen 52 auf der anderen Motorseite wieder abgegeben wird.When the fan rotates, air is drawn in through the air inlet 50 and into the air through the ventilation openings 51 Motor housing 44 is blown after being drawn around guide plate 47, where rotor 5 and stator 6 are then cooled before the air is released from the ventilation openings 52 on the other side of the engine.
Wie bereits an früherer Stelle erwähnt, liegt auf dem ersten Kommutator 9, der sich in Luftströmungsrichtung am hinteren Ende des Rotors 5 befindet, ein Bürstenpaar 11 auf, während ein weiteres Bürstenpaar 12 auf dem zweiten Kommutator 10 am vorderen Ende des Rotors 5 aufliegt. Diese Bürsten 11 und 12 sind wie bei einem üblichen Kommutatormotor in Bürstenhaltern 53 und 54 gehalten und geführt und werden von Schraubenfedern, die auch als Leiter dienen, gegen den Kommutator gedrückt, wobei die Bürstenhalter 53, 54 durch metallische Führungsröhrchen gebildet sind, die in Isolier-As mentioned earlier, is on the first commutator 9, which is in the air flow direction on the rear Located at the end of the rotor 5, a pair of brushes 11 while another pair of brushes 12 rests on the second commutator 10 at the front end of the rotor 5. These brushes 11 and 12 are held and guided in brush holders 53 and 54, as in a conventional commutator motor, and are guided by Coil springs, which also serve as a ladder, against the Commutator pressed, the brush holders 53, 54 being formed by metallic guide tubes, which are in insulating
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stoffkörper eingesetzt sind. Das Motorgehäuse 44 hat Bohrungen 55 und 56 an seinem Umfang, in die die Bürstenhalter 53, 54 eingesetzt werden. Diese Bohrungen 55 und 56 liegen auf einer Linie parallel zur Welle 7 des Rotors 5, so daß sie durch einen einzigen Stanzvörgang bei der Herstellung des Motors im Motorgehäuse 44 angebracht werden können. Die Bohrungen 55 und 56 liegen nahe den Enden des Motorgehäuses 44. Da der Ringrand 48 des Lagerschildes 45 über die vorderen Bohrungen 56 hinübergreift, ist das Einsetzen der Bürstenhalter 54 durch den Rand behindert. Es sind" deshalb. Aussparungen 57 dort vorgesehen, wo der Ringrand 48 über die Bohrung 56 hinübergreift.material bodies are used. The motor housing 44 has bores 55 and 56 on its circumference, into which the brush holders 53, 54 are inserted. These holes 55 and 56 are on a line parallel to the shaft 7 of the rotor 5, so that it can be through a single punching process in the manufacture of Motor can be mounted in the motor housing 44. The bores 55 and 56 are near the ends of the motor housing 44. Since the annular edge 48 of the end shield 45 extends over the front bores 56, the brush holder is inserted 54 obstructed by the edge. For this reason, recesses 57 are provided where the ring edge 48 extends over the bore 56 reaches across.
Fig. 10 zeigt eine Draufsicht auf den Motor vor dem Aufstecken des Lüftergehäuses 49, wobei gerade ein Bürstenhalter 54 in die entsprechende Bohrung 56 durch die Aussparung 57 hindurch eingesetzt und dann am Motorgehäuse 44 durch eine Schraube 58 festgelegt wird, so daß dann eine Bürste 12 des zweiten Bürstenpaares befestigt ist. Die hinteren Bürstenhalter 53 werden in die Bohrungen 55 eingesteckt und dann mit Schrauben 59 am Motorgehäuse 44 befestigt. Wenn das Lüftergehäuse 49 dann auf dem Motorgehäuse 44 befestigt ist, nachdem die vorderen Bürstenhalter 54 eingesetzt und festgelegt sind, sind die Aussparungen 57 durch das Lüftergehäuse 49 überdeckt und damit unsichtbar. An der Stelle der Aussparungen 57 im Ringrand 48 kann, wenn das Lüftergehäuse 49 abgenommen werden soll, leicht ein Schlagwerkzeug angesetzt werden, wodurch bei Wartungs- oder Reparaturarbeiten am Gebläse 43 das Zerlegen besonders einfach ist. Fig. 9 zeigt, daß die Breite W2 der Aussparungen 54 größer als die Breite W. der Bürstenhalter 54 ist, wodurch das Einsetzen der Bürstenhalter 54 erleichtert ist.10 shows a top view of the motor before the fan housing 49 is plugged on, a brush holder 54 being inserted into the corresponding bore 56 through the recess 57 and then fixed to the motor housing 44 by a screw 58 so that a brush 12 of the second pair of brushes is attached. The rear brush holders 53 are inserted into the bores 55 and then fastened to the motor housing 44 with screws 59. When the fan housing 49 is then fastened on the motor housing 44 after the front brush holders 54 have been inserted and fixed, the recesses 57 are covered by the fan housing 49 and are thus invisible. At the location of the recesses 57 in the ring edge 48, if the fan housing 49 is to be removed, a striking tool can easily be attached, which means that it is particularly easy to dismantle during maintenance or repair work on the fan 43. Fig. 9 shows that the width W 2 of the recesses 54 is greater than the width W. of the brush holder 54, whereby the insertion of the brush holder 54 is facilitated.
Eine Draufsicht auf das Gehäuse eines herkömmlichen Motors oder Gebläses zeigt die Fig. 11. Da im Rand 48 des Lagerschildes keine Aussparungen 57 vorgesehen sind, muß das Motorgehäuse 44 bis zu dem Rand 48 eine Länge L haben, die das störungsfreie Einsetzen der Bürstenhalter 54 ermöglicht.A plan view of the housing of a conventional motor or fan is shown in FIG. 11. As in the edge 48 of the end shield no recesses 57 are provided, the motor housing 44 must have a length L up to the edge 48, the enables the trouble-free insertion of the brush holder 54.
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Dagegen kann die Gesamtlänge des Motors bei der Ausführungsform gemäß Figuren 8 bis 10 um die Strecke I1, der axialen Länge des Lagerschildes 48, verkürzt sein, was eine Verkürzung der Gesamtlänge des Gebläses bedeutet.In contrast, the total length of the motor in the embodiment according to FIGS. 8 to 10 can be shortened by the distance I 1 , the axial length of the bearing plate 48, which means a shortening of the total length of the fan.
Der in der erfindungsgemäßen Weise gemäß Merkmalen des Anspruches 1 gestaltete Kommutatormotor ermöglicht es nicht nur, daß die Statorwicklungen sondern auch die Rotorwicklungen wahlweise parallel oder in.Reihe geschaltet werden, so daß er an niedriger und an hoher Spannung betrieben werden kann und dabei im wesentlichen gleiche Abgabeleistung hat und keinen Thyristor benötigt, wie dies bei herkömmlichen Motoren der Fall ist. Der magnetische Kern des Blechpaketes braucht bei dem Motor nicht besonders dick zu sein, und die Kommutierung läuft funkenfrei ab. Die geringe erforderliche Blechpaketstärke erlaubt es, den Motor klein und leicht zu bauen. Wenn die erste Rotorwicklung im unteren Nutbereich und die zweite Rotorwicklung im oberen Nutbereich des Ständerblechpaketes untergebracht wird, dann ist die Potentialdifferenz zwischen benachbarten Spulen klein, so daß die Gefahr von Windungsdurchschlägen nicht erhöht ist. Da außerdem die Wicklung mit gewöhnlichen Wickelmaschinen eingebracht werden kann, eignet sich der Kommutatormotor auch für die Massenproduktion. Ferner können zwei parallele Drähte gleichzeitig in die Nuten des Blechpaketes eingewickelt werden, so daß die erste und die zweite Rotorwicklung gleichsam ineinander liegen, wobei sie dann praktisch gleiche Reaktanzwerte haben und für beide Schaltungsarten die gleiche maximale Ausgangsleistung an der Welle zur Verfugung steht, der Motor also einen sehr guten Ausnutzungsfaktor hat.In the manner according to the invention according to features of claim 1 designed commutator motor enables not only the stator windings but also the rotor windings can be connected either in parallel or in series so that it can be operated with low and high voltage and has essentially the same output power and does not require a thyristor as is the case with conventional motors the case is. The magnetic core of the laminated core does not need to be particularly thick in the motor, and the commutation runs spark-free. The small required laminated core thickness allows the motor to be built small and light. If the first rotor winding is in the lower slot area and the second rotor winding is in the upper slot area of the stator core is accommodated, then the potential difference between adjacent coils is small, so that there is a risk of Winding breakdown is not increased. In addition, since the winding can be made with ordinary winding machines can, the commutator motor is also suitable for mass production. Furthermore, two parallel wires can be used at the same time are wrapped in the grooves of the laminated core, so that the first and the second rotor winding as it were into one another They then have practically the same reactance values and the same maximum output power is available on the shaft for both types of circuit, i.e. the motor has a very good utilization factor.
Der erfindungsgemäße Kommutatormotor kann mit einem elektrischen Gebläse verbunden sein. Man kann dabei ein Lagerschild mit großem Durchmesser am einen Ende des Motorgehäuses anbringen und auf dessen Außenrand das Gebläsegehäuse aufpassen. Der Außenrand des Lagerschildes übergreift das Motorgehäuse mit radialem Abstand. An diametral gegenüberliegendenThe commutator motor according to the invention can be connected to an electric fan. You can do this with an end shield Attach a large diameter to one end of the motor housing and fit the fan housing onto its outer edge. The outer edge of the end shield overlaps the motor housing at a radial distance. At diametrically opposite
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Stellen sind im Rand dort Aussparungen vorgesehen, wo das Motorgehäuse auf seinem Umfang Bohrungen für das Einsetzen der Kommutatorbürsten besitzt, die in axialer Richtung mit den Bohrungen für die Kommutatorbürsten am anderen Ende des Motorgehäuses fluchten. Durch die Aussparungen wird das Einsetzen der Bürstenhalter erleichtert, und obgleich die Zahl der Kommutatoren erhöht ist, ist es nicht erforderlich, das Motorgehäuse zu verlängern. Außerdem erleichtern die Aussparungen für Reparaturfälle das Abnehmen des Gebläsegehäuses. Recesses are provided in the edge where the motor housing has bores on its circumference for insertion the commutator brushes, which are in the axial direction with the holes for the commutator brushes at the other end of the motor housing are in alignment. The insertion of the brush holder is facilitated by the recesses, and although the The number of commutators is increased, it is not necessary to lengthen the motor housing. In addition, the Recesses for repairs, removing the fan housing.
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Moriguchi-shi, Osaka-fu / Japan
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