PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102006043631A1 31.10.2007
Titel Maschinenstarter mit Schutzfunktion gegen Überstrom
Anmelder Denso Corp., Kariya, Aichi, JP
Erfinder Nito, Kuniaki, Kariya, Aichi, JP
Vertreter Kuhnen & Wacker Patent- und Rechtsanwaltsbüro, 85354 Freising
DE-Anmeldedatum 18.09.2006
DE-Aktenzeichen 102006043631
Offenlegungstag 31.10.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.10.2007
IPC-Hauptklasse H02H 7/085(2006.01)A, F, I, 20070108, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H02K 3/52(2006.01)A, L, I, 20070108, B, H, DE   
Zusammenfassung Bei einem Starter zum Starten einer Maschine, der einen Motor, dem ein Startstrom von einer Batterie zugeführt wird, aufweist, weist der Motor eine Feldspule zum Bilden eines Magnetfelds mit der Zufuhr von Strom auf, und der Starter weist eine Verdrahtung zum Zuführen von Strom von der Batterie zu der Feldspule auf. Die Verdrahtung weist einen Querschnitt senkrecht zu der Längsrichtung auf, der kleiner als ein Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung der Wicklung der Feldspule ist, derart, dass ein Querschnittsreduzierungsabschnitt in der Verdrahtung integriert ist. Der Querschnittsreduzierungsabschnitt funktioniert als eine Sicherung zum Abschalten einer inneren Schaltung des Motors bei einer früheren Gelegenheit, wenn ein Überstrom durch die innere Schaltung läuft.

Beschreibung[de]
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG

Diese Anmeldung basiert auf der früheren japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-271869, eingereicht am 20. September 2005, deren Beschreibung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist, und nimmt das Vorrecht der Priorität aus derselben in Anspruch.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG [TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Maschinenstarter bzw. Maschinenanlasser (d. h. einen Starter für Maschinen), und insbesondere auf ein Verfahren zum Verhindern eines Überhitzens bzw. Überwärmens, das in einem Starter aufgrund eines Anlegens eines kontinuierlichen Stroms an einen Motor, den der Starter besitzt, bewirkt wird.

[VERWANDTE TECHNIK]

Ein Startermotor, der beispielsweise in dem USP 6,184,602 (japanische nicht geprüfte, veröffentlichte Anmeldung Nr. 11-289724) beschrieben ist, weist eine Feldspule, die mit einer Ankerspule bzw. Läuferspule durch eine Bürste und einen Kommutator bzw. Stromwender in Reihe geschaltet ist, auf. Die Feldspule ist durch eine Verbinderschiene mit einer Motorleitung verbunden. Bei einem Startermotor mit einer solchen Feldspule wird ein Problem aufgeworfen, dass ein isolierendes Bauglied in einem Anker durch eine Wärmeerzeugung in dem Motor schmilzt, um zu bewirken, dass die Wicklung des Ankers in eine Berührung mit der Masse oder anderen Abschnitten von elektrischen Leitern gebracht wird, wenn ein Strom aufgrund eines Rückkehrfehlers eines Schlüsselschalters kontinuierlich zugeführt wird. Das Problem ist insbesondere derart, dass die Wicklung, deren isolierendes Bauglied geschmolzen ist, unvermeidbar einen Kurzschluss zwischen Schichten der Wicklung bildet oder einen Kurzschluss bildet, der sich zu einem Masseabschnitt eines Jochs oder dergleichen erstreckt, mit dem Resultat, dass ein großer Kurzschlussstrom weiter fließt, um schließlich die Feldspule zu schmelzen, und dass man keine Gewalt darüber besitzt, wann dieselbe schmilzen wird oder welcher Abschnitt der Spule geschmolzen wird. Eine Gegenmaßnahme zum Lösen dieses Problems, d. h. eine Gegenmaßnahme für solch anormalen Umstände, z. B. wenn eine übermäßig große thermische Last einem Startermotor auferlegt wird, besteht darin, derart zu steuern, dass bei einer früheren Gelegenheit eine Batterie von dem Startermotor getrennt wird. Dieses Schmelzproblem könnte vorzugsweise bei einem vorbestimmten Schmelzabschnitt auftreten.

Bei dem Starter des im Vorhergehenden erwähnten Typs ist jedoch der Widerstand von sowohl einer Feldspule als auch einer Verbinderschiene auf einen kleinen Pegel eingestellt. Eine Wärmeerzeugung ist daher nicht drastisch, wenn ein großer Strom durch dieselben zu der Zeit des Kurzschließens fließt, und daher wird eine Schaltung lediglich geschmolzen, wenn eine bestimmte Zeitdauer verstrichen ist. Bei einem Zustand, bei dem ein Kurzschlussstrom durch eine Feldspule fließt, ist es wichtig, die Zeit des Kurzschließens um der Sicherheit willen so weit wie möglich zu reduzieren. Zu diesem Zweck kann ein Lösungsansatz beispielsweise darin bestehen, den Widerstand der gesamten Wicklung einer Feldspule für eine Beschleunigung einer Wärmeerzeugung zu vergrößern, um dadurch die Wicklung der Feldspule bei einer früheren Gelegenheit zu schmelzen. Dieser Lösungsansatz bewirkt jedoch andere Probleme, derart, dass die geschmolzene Wicklung einen Kurzschluss mit einer benachbarten Wicklung bildet, ohne eine vollständige Trennung zu liefern, oder dass eine bestimmte Zeitdauer erforderlich ist, um eine vollständige Trennung zu erreichen, oder dass ein Ausgangssignal in dem Motor reduziert wird.

Um solche Probleme zu lösen, beschreibt die japanische nicht geprüfte, veröffentlichte Anmeldung Nr. 2005-110484 einen Statormotor, bei dem eine elektrische Verbindung zwischen einer Motorleitung zum Aufnehmen einer Stromzufuhr für einen Motorstart von einer Batterie durch ein Batteriekabel und einem Metallzwischenbauglied, das in einer inneren Schaltung des Motors angeordnet ist, eingerichtet ist, derart, dass auf ein Auferlegen eine übermäßig größeren thermischen Last als gewöhnlich auf die Motorschaltung hin eine Sicherungsfunktion bzw. Schmelzsicherungsfunktion, d. h. eine Funktion des Schmelzens des Zwischenbauglieds, ausgeübt wird, um die Motorschaltung abzuschalten. Um die Funktion als eine Sicherung zu verbessern, ist das Material des Zwischenbauglieds beispielsweise selektiv Eisen, Aluminium oder Zinn, die einen höheren elektrischen Widerstand und eine niedrigere thermische Leitfähigkeit als die Verdrahtung (typischerweise ein Kupferdraht), die mit dem Zwischenbauglied verbunden ist, aufweisen.

Das Vorsehen eines solchen Zwischenbauglieds, d. h. eines Bauglieds, das ein Starter ursprünglich nicht aufweist, wirft jedoch einige Probleme auf. Die Zahl von Teilen ist beispielsweise vergrößert. Die Zahl von Schritten ist ebenfalls vergrößert, wie z. B. ein Schritt des Schweißens des Zwischenbauglieds an die Verdrahtung oder ein Schritt des Anwendens einer Oberflächenbehandlung (z. B. eines Zinnplattierens) bei dem Zwischenbauglied, um die Schweißbarkeit zu verbessern. Der Entwurf von einigen anderen Baugliedern als dem. Zwischenbauglied muss ferner geändert sein, um einen Raum zum Unterbringen des Zwischenbauglieds sicherzustellen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde im Licht dieser Probleme der herkömmlichen Technik geschaffen und besitzt die Aufgabe, einen Starter mit einer solchen Schmelzfunktion zu schaffen, um eine innere Schaltung eines Motors bei einer früheren Gelegenheit abzuschalten, wenn ein Kurzschlussstrom durch die innere Schaltung läuft.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen solchen Starter zu schaffen, der einen erleichterten Entwurf und ein erleichtertes Zusammenbauverfahren besitzt.

Die vorliegende Erfindung schafft einen Starter zum Starten einer Maschine, wobei der Starter einen Motor aufweist, dem ein Startstrom von einer Batterie zugeführt wird, wobei der Motor eine Feldspule aufweist, der der Startstrom zugeführt wird, um ein Magnetfeld zu erzeugen; der Starter eine Verdrahtung aufweist, die den Startstrom der Feldspule zuführt; und die Verdrahtung einen einstückig gebildeten Abschnitt aufweist, dessen Querschnitt senkrecht zu der Längsrichtung desselben hinsichtlich der Fläche kleiner als dieselbe einer Wicklung der Feldspule ist, so dass der Abschnitt als eine Sicherung funktioniert.

Ein Paar einer Länge dieses Abschnitts und einer Fläche des Querschnitts dieses Abschnitts ist vorzugsweise derart bestimmt, dass dieser Abschnitt als eine Sicherung funktioniert, die in einer vorbestimmten Schmelzzeit schmilzt.

Die Verdrahtung ist vorzugsweise eine Verbinderschiene, die die Feldspule und eine Motorleitung, durch die der Startstrom läuft, verbindet.

Wenn der Motor vorzugsweise eine Mehrzahl der Feldspulen aufweist und ein Wicklungsende von einer der Feldspulen mit einem Wicklungsende von einer anderen der Feldspulen über einen Verbindungsdraht verbunden ist, ist die Verdrahtung der Verbindungsdraht.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Draufsicht, die eine Verbinderschiene und eine Motorleitung bei einem Motorstarter, bei dem ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung implementiert ist zeigt;

2 ist eine axiale Draufsicht, die ein Joch darstellt, bei der die Verbinderschiene gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit einer Feldspule verbunden ist;

3 ist eine Seitenansicht, die einen Teilquerschnitt des Starters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aufweist;

4 ist eine graphische Darstellung, die Resultate von Messungen, d. h. einer Beziehung zwischen einer Querschnittsreduzierungsrate und einer Schmelzzeit der Verbinderschiene gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;

5 ist eine graphische Darstellung, die Resultate einer Messung, d. h. einer Beziehung zwischen einer Länge eines Querscimittsreduzierungsabschnitts und einer Schmelzzeit der Verbinderschiene gemäß dem ersten Ausfuhrungsbeispiel, zeigt;

6 ist eine Entwicklungsansicht einer Feldspule, die durch einen Verbindungsdraht bei einem Motorstarter, bei dem ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung implementiert ist, verbunden ist;

7A ist eine schematische Ansicht, die eine Gesamtanordnung einer Verdrahtung zum Zuführen von Strom von einer Batterie zu einer Feldspule gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt; und

7B ist eine schematische Ansicht, die eine Gesamtanordnung einer Verdrahtung zum Zuführen von Strom von einer Batterie zu einer Feldspule gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt;

8 ist eine schematische Ansicht, die einen Querschnitt einer Verbinderschiene (S1), eines (S2) Verbindungsdrahtes (S2) und (S0) einer Feldspule darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN

Im Folgenden sind einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Durch die Ausführungsbeispiele hindurch zeigen gleiche Ziffern gleiche Komponenten.

(ERSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL)

Unter Bezugnahme auf 1 bis 3 ist im Folgenden ein erstes Ausführungsbeispiel beschrieben.

(ANORDNUNG)

Wie in 3 gezeigt ist, weist ein Starter 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel einen Motor 2, einen elektromagnetischen Schalter 7, einen Geschwindigkeitsreduzierer (der im Folgenden beschrieben ist) und eine Kupplung 8 auf. Der Motor 2 erzeugt ein Drehmoment für einen eingebauten Anker (im Folgenden beschrieben). Der elektromagnetische Schalter 7 lässt einen Startstrom von einer Batterie 34 (siehe 7A und 7B) zu dem Motor 2 durch eine Ausgangswelle 4 zum axialen Tragen eines Ritzels 3 an derselben intermittierend bzw. mit Unterbrechungen laufen.

Der elektromagnetische Schalter 7 besitzt ferner eine Funktion des Schiebens der Ausgangswelle 4 hin zu einem Motor (hin zu der linken Seite von 3) durch eine Stange 5 und eine Kugel 6. Der Geschwindigkeitsreduzierer reduziert eine Drehung des Motors 2, und die Kupplung 8 überträgt die reduzierte Drehung zu der Ausgangswelle 4.

Der Motor 2 ist ein bekannter Gleichmotor, der eine Feldeinheit zum Bilden eines Magnetfelds und einen Anker, der bei einer inneren Peripherie der Feldeinheit positioniert ist, aufweist. In dem Motor 2 wird durch eine elektromagnetische Kraft, die zwischen der Feldeinheit und dem Anker arbeitet, ein Drehmoment für den Anker erzeugt.

Die Feldeinheit ist aus einem zylindrischen Joch 9, das eine magnetische Schaltung bildet, und einer Feldspule 10, die bei einer inneren Peripherie des Jochs 9 positioniert ist, gebildet und bildet ein Magnetfeld, wenn ein Startstrom durch die Feldspule 10 läuft. Die Feldspule 10 ist mit der Wicklung, gewickelt um einen Feldpol 11, der bei der inneren Peripherie des Jochs 9 positioniert ist, strukturiert. Es kann beispielsweise eine solche Anordnung vorgesehen sein, bei der vier Feldspulen 10 vorgesehen sind, wobei jede der vier Feldpole 11 mit einer Wicklung gewickelt ist. Es ist offensichtlich, dass die Wicklung der Feldspule durch Aneinanderbinden einer Mehrzahl von Teilwicklungen strukturiert sein kann.

Der Anker ist aus einer Ankerspule 18, die um einen Ankereisenkern 17 gewickelt ist, und einem Kommutator 19, der an einem Ende (rechts in 3) einer Ankerwelle 16 vorgesehen ist, gebildet. Der Ankereisenkern 17 ist an eine äußere Peripherie der Ankerwelle 16, die drehbar durch ein Vordergehäuse 14 und einen Endrahmen 15 durch ein Paar von Lagern 12 und 13 getragen ist, pressgepasst, um eine Passung mit sägeförmiger Auszackung zu erreichen.

Der Kommutator 19 ist aus einer Mehrzahl von Kommutatorsegmenten, die durch ein Formharz bzw. Gussharz (nicht gezeigt) bei einem Umfang der Ankerwelle 16 getragen sind und umfangsmäßig und zylindrisch mit einem gleichmäßigen Intervall zwischen denselben angeordnet sind, gebildet. Eine Mehrzahl von Kohlebürsten 20 sind an einem äußeren Umfang des Kommutators 19 angeordnet und durch eine Bürstenfeder 21 gegen den Kommutator 19 gedrückt.

Die Bürste 20 ist mit zwei positivseitigen Bürsten 20a, die mit der Feldspule 10 verbunden sind, und zwei negativseitigen Bürsten 20b, die beispielsweise zu dem Joch 9 geerdet bzw. auf Masse gelegt sind, versehen.

Die Ausgangswelle 4 ist mit einem Keilwellenrohr 22, das einen inneren Ring der Kupplung 8 bildet, gekoppelt, um eine schraubenförmige Keilwellenkopplung dazwischen einzurichten, und ist in der axialen Richtung hinsichtlich des Keilwellenrohrs 22 (linke und rechte Richtung in 3) bewegbar hergestellt. Eine Rückholfeder 29 ist zwischen dem Keilwellenrohr 22 und der Ausgangswelle 4 zum Zurückdrücken der Ausgangswelle 4, die zu der Zeit des Maschinenstarts vorwärts (Richtung nach links in 3) gedrückt wird, angeordnet. Das Ritzel 3 richtet eine Keilwellenkopplung mit einem Ende der Ausgangswelle 4, das von dem Vordergehäuse 14 vorwärts vorsteht, ein, um sich mit der Ausgangswelle 4 einstückig zu drehen. Der elektromagnetische Schalter 7 weist eine Erregerspule 23, der Strom von der Batterie 34, wenn ein Schlüsselschalter (nicht gezeigt) eingeschaltet wird, zugeführt wird, um einen Elektromagneten zu bilden, einen Tauchkern (nicht gezeigt), der in das Innere der Erregerspule 23 eingeführt ist und zu dem Elektromagneten angezogen wird, um sich in die linke Richtung von 3 zu bewegen, und einem Motorkontakt, der gemäß der Bewegung des Tauchkerns geöffnet/geschlossen wird, auf.

Der Motorkontakt weist einen bewegbaren Kontakt 32 (siehe 7A und 7B) auf, der mit dem Tauchkern einstückig bewegbar ist oder sich mit der Bewegung des Tauchkerns verriegelt, und ein Paar von festen Kontakten 31 (siehe 7A und 7B), das mit einer Stromzufuhrschaltung des Motors 2 verbunden ist, auf. Der Motorkontakt wird in einen geschlossenen Zustand gebracht, wenn der bewegbare Kontakt 32 in eine Berührung mit beiden festen Kontakten 31 kommt, um leitend zu werden, und in einen geöffneten Zustand gebracht, wenn der bewegbare Kontakt 32 von beiden festen Kontakten 31 getrennt wird, um die Leitfähigkeit zwischen den zwei festen Kontakten 31 abzuschalten. Von dem Paar der festen Kontakte 31 ist ein fester Kontakt 31 mit der In-Fahrzeug-Batterie 34 (Leistungsquelle 34) durch ein Batteriekabel 33 (siehe 7A und 7B) verbunden, und der andere feste Kontakt 31 ist, wie in 2 gezeigt ist, durch eine Motorleitung 24 mit einer Verbinderschiene 25 verbunden.

Die Verbinderschiene ist eine Komponente, die eine elektrische Verbindung zwischen der Motorleitung 24 und den vier Feldspulen 10 einrichtet und beispielsweise aus einem Kupferschienenbauglied mit einem kreisförmigen Querschnitt gebildet ist, der gebogen vorgesehen ist. Wie in 1 gezeigt ist, sind flache Verbindungen 25a und 25c an beiden Enden der Verbinderschiene 25 gebildet, um mit den Feldspulen 10 verbunden zu sein, wobei eine flache Verbindung 25b zwischen den Verbindungen 25a und 25c gebildet ist.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Länge (L1) der Verbinderschiene 25 80 mm. Die Verbinderschiene 25 weist über die Länge derselben einen Querschnitt (S1) senkrecht zu der Längsrichtung (LD1) der Verbinderschiene 25 auf, der kleiner als eine Hälfte eines Querschnitts (S0) senkrecht zu der Längsrichtung (LD0) einer Wicklung (WG) von jeder Feldspule 10 ist. Ein Querschnittsreduzierungsverhältnis (S1/S0) der Verbinderschiene 25 hinsichtlich des Querschnitts (S0) der Wicklung (WG) der Feldspule 10 ist, mit anderen Worten, 50% oder mehr.

Der Querschnittsreduzierungsabschnitt ist hier als "ein Abschnitt einer Verdrahtung (Stromrelaiselement bzw. Stromwächterelement) definiert, bei dem ein Querschnitt (z. B. S1, S2) senkrecht zu der Längsrichtung (LD1, LD2) der Verdrahtung (Stromrelaiselement) durchschnittlich kleiner als ein Querschnitt (S0) senkrecht zu der Längsrichtung (LD0) einer Wicklung (WG) einer Feldspule ist, wobei die Verdrahtung (das Stromrelaiselement) als "eine jeder Wicklung (Stromrelaiselement), die einen Startstrom von einer Batterie (Leistungsquelle) zu einer Feldspule zuführt", definiert ist.

Das Querschnittsreduzierungsverhältnis ist hier als ein "Verhältnis eines Querschnitts eines im Vorhergehenden definierten Querschnittsreduzierungsabschnitts einer Verdrahtung hinsichtlich eines Querschnitts senkrecht zu der Längsrichtung der Wicklung einer Feldspule" definiert.

Der Geschwindigkeitsreduzierer weist ein Antriebszahnrad 26, das an einem Ende an einer Vorderseite der Ankerwelle 26 gebildet ist, ein Leerlaufzahnrad 27, das mit dem Antriebszahnrad 26 in Eingriff ist, und ein Kupplungszahnrad 28, das mit dem Leerlaufzahnrad 27 in Eingriff ist, auf. Die Geschwindigkeit wird durch aufeinander folgendes Übertragen der Drehung der Ankerwelle 16 von dem Antriebszahnrad 26 durch das Leerlaufzahnrad 27 zu dem Kupplungszahnrad 28 reduziert.

Die Kupplung 8 übermittelt die Drehung, die zu dem Kupplungszahnrad 28 übermittelt wird, zu dem Keilwellenrohr 22. Die Kupplung 8 bildet eine Einwegkupplung, die eine Leistungsübertragung von dem Keilwellenrohr 22 zu dem Kupplungszahnrad 28 unterbricht, sobald eine Drehgeschwindigkeit des Keilwellenrohrs 22 dieselbe des Kupplungszahnrads 28 auf ein Starten einer Maschine hin überschreitet.

(BETRIEB UNTER EINER NORMALEN BEDINGUNG)

Unter Bezugnahme auf 3 ist ein Starterbetrieb unter einer normalen Bedingung, d. h. bei einem Fall ohne übermäßigen Strom, der dem Motor 2 zugeführt wird, eines ersten Ausführungsbeispiels im Folgenden beschrieben. Wenn der Schlüsselschalter eingeschaltet wird, wird der Feldspule 23 des elektromagnetischen Schalters 7 Strom zugeführt, um einen Elektromagneten zu bilden. Dann bewegt sich der Tauchkern, angezogen durch den Elektromagneten, um dadurch die Ausgangswelle 4 zu einer Vorderseite (Maschinenseite) durch die Stange 5 und die Kugel 6 zu schieben, wodurch das Ritzel 3, das an der Ausgangswelle 4 axial getragen ist, durch eine Berührung mit einem Hohlrad (nicht gezeigt) des Motors gestoppt wird.

Wenn andererseits ein Motorkontakt durch die Bewegung des Tauchkerns geschlossen wird, wird dem Motor 2 von der Batterie durch den elektromagnetischen Schalter 7 Strom zugeführt. Die elektromagnetische Kraft arbeitet dann zwischen der Feldeinheit und dem Anker, wodurch der Anker eine Drehung startet.

Reduziert durch den Geschwindigkeitsreduzierer wird die Drehung des Ankers durch die Kupplung 8 zu der Ausgangswelle 4 übermittelt, um die Ausgangswelle 4 zu drehen. Wenn die Ausgangswelle 4 gedreht wird, dreht sich das Ritzel 3 nach oben zu einer Position, die eine Inieingriffnahme mit dem Hohlrad ermöglicht. Auf eine Ineingriffnahme des Ritzels 3 mit dem Hohlrad hin wird die Drehung der Ausgangswelle 4 von dem Ritzel 3 zu dem Hohlrad übermittelt, um eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) der Maschine zu drehen.

Wenn der Schlüsselschalter ausgeschaltet wird, nachdem der Motor gestartet ist, wird eine Stromzufuhr zu der Erregerspule 23 gestoppt, um die Anziehungskraft des Elektromagneten zu eliminieren. Die Ausgangswelle 4 wird dann, die gegenwirkende Kraft der Rückholfeder 29 (siehe 3) aufnehmend, zurückgeschoben, derart, dass das Ritzel 3 von dem Hohlrad aus der Ineingriffnahme genommen wird, und der Tauchkern wird zu der Anfangsposition durch die gegenwirkende Kraft der Rückholfeder 29 zurückgeschoben, Der Motorkontakt wird als ein Resultat geöffnet, um die Stromzufuhr von der Batterie zu dem Motor 2 zu stoppen.

(BETRIEB UNTER EINER ANORMALEN BEDINGUNG)

Ein Starterbetrieb unter einer anormalen Bedingung eines ersten Ausführungsbeispiels ist im Folgenden beschrieben. D. h., wie der querschnittsreduzierte Abschnitt der Verbinderschiene 25 funktioniert, wenn ein Überstrom dem Motor 2 zugeführt wird.

Wenn dem Motor 2 ein Strom aufgrund beispielsweise eines Rückkehrfehlers des Schlüsselschalters oder eines Schweißens eines Starter-Relais, nicht gezeigt, kontinuierlich zugeführt wird, ist in dem Motor 2 des im Vorhergehenden beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels ein Reduzierungsverhältnis (S1/S0) des Querschnitts (S1) der Verbinderschiene 25 relativ zu dem Querschnitt (S0) der Wicklung (WG) der Feldspule 10 eingestellt, um 50% oder mehr über die Länge der Verbinderschiene 25 zu sein (8). Eine Joulesche Wärme, die bei dem Querschnittsreduzierungsabschnitt der Verbinderschiene 25 (bei diesem Fall die volle Länge der Verbinderschiene 25) erzeugt wird, wird daher groß, derart, dass der Querschnittsreduzierungsabschnitt der Verbinderschiene 25, wobei die Temperatur desselben tatsächlich angehoben wird, in kurzer Zeit geschmolzen wird.

(SCHMELZZEIT EINES SICHERUNGSABSCHNITTS, EXPERIMENTELLE RESULTATE)

Unter Bezugnahme auf 4 und 5 sind experimentelle Resultate, die die Schmelzabschnitte (Schmelzzeit des Querschnittsreduzierungsabschnitts) des Sicherungsabschnitts (des Querschnittsreduzierungsabschnitts, schnittreduzierten Abschnitts) betreffen, im Folgenden erklärt. Bei den Experimenten wird die Verbinderschiene 25, deren Länge (L1) 80 mm ist, verwendet. Die Experimente werden darauf abzielend durchgeführt, die Schmelzzeit auf ein Drittel oder weniger der Schmelzzeit des herkömmlichen Elements zu verbessern.

(ABHÄNGIGKEIT DER SCHMELZZEIT VON DEM REDUZIERUNGSVERHÄLTNIS)

4 zeigt die experimentellen Resultate, die die Abhängigkeit der Schmelzzeit des Querschnittsreduzierungsabschnitts der Verbinderschiene 25 (Schmelzsicherungsabschnitt) von dem Querschnittsreduzierungsverhältnis (S1/S0) hinsichtlich des Querschnitts (S0) der Wicklung (WG) der Feldspule 10 betreffen. Gemäß den Experimenten resultiert, dass dort, wo ermöglicht ist, dass das Querschnittsreduzierungsverhältnis 50% oder größer ist, resultiert, dass im Vergleich zu dem herkömmlichen Element, bei dem ein Querschnitt der Wicklung der Feldspule 10 gleich dem Querschnitt der Verbinderschiene 25 ist, die Schmelzzeit t'fa der Verbinderschiene 25 um etwa ein Drittel oder weniger von der Schmelzzeit tfa des herkömmlichen Elements reduziert werden kann.

Dort wo jedoch die Länge des Querschnittsreduzierungsabschnitts (Sicherungsabschnitts) klein ist, ist die Menge der Wärmeleitung zu beiden Enden des Sicherungsabschnitts in der Längsrichtung, d. h. der Motorleitung 24, die mit der Verbinderschiene 25 und der Feldspule 10 verbunden ist, größer als die Menge der Wärme, die bei dem Sicherungsabschnitt erzeugt wird. Als ein Resultat wird die Temperatur des Sicherungsabschnitts nicht ausreichend hoch angehoben. Es wird daher erwartet, dass die Zeit zum Erreichen des Schmelzens der Verbinderschiene 25 vergrößert ist, oder dass eine Schmelztemperatur nicht erreicht wird. Unter solchen Umständen werden die Experimente durchgeführt, um die Abhängigkeit der Schmelzzeit des Sicherungsabschnitts von der Länge des Sicherungsabschnitts zu untersuchen. Die Resultate sind in 5 gezeigt.

(ABHÄNGIGKEIT DER SCHMELZZEIT VON DER LÄNGE)

5 zeigt die experimentellen Resultate, die die Abhängigkeit der Schmelzzeit des Querschnittsreduzierungsabschnitts der Verbinderschiene 25 (Sicherungsabschnitt) von der Länge (L1) desselben betreffen.

Wie aus 5 zu sehen ist, resultiert gemäß den Experimenten, dass dort, wo das Querschnittsreduzierungsverhältnis 50% ist, die Schmelzzeit t'fb der Verbinderschiene 25 um etwa ein Drittel oder weniger gegenüber der Schmelzzeit tfb des herkömmlichen Strukturelements reduziert ist, indem die Länge des Sicherungsabschnitts auf 40 mm oder mehr (mit anderen Worten mehr als die Hälfte der gesamten Länge der Verbinderschiene 25) eingestellt ist.

Wenn ferner die Länge des Sicherungsabschnitts auf etwa 10 mm eingestellt ist, ist die Schmelzzeit annähernd gleich derselben des herkömmlichen Strukturelements. Wenn der Sicherungsabschnitt weiter verlängert wird, tendiert die Schmelzzeit dazu, sich exponentiell zu reduzieren. Mit einer Länge von 20 mm ist die Schmelzzeit des Sicherungsabschnitts etwa eine Hälfte des herkömmlichen Elements, und mit 40 mm etwa ein Drittel des herkömmlichen Elements. Wenn die Länge des Querschnittsreduzierungsabschnitts 40 mm oder mehr ist, tendieren die Effekte des Reduzierens der Schmelzzeit dazu, um die Menge eines Inkrements bzw. einer Zunahme in der Länge geringfügig kleiner zu werden, aber dennoch kann eine Vergrößerung der Länge des Querschnittsreduzierungsabschnitts die Schmelzzeit reduzieren. Dafür, dass der Querschnittsreduzierungsabschnitt als eine effektive Sicherung mit einer kürzeren Schmelzzeit funktioniert, ist es dementsprechend erforderlich, dass die Länge des Querschnittsreduzierungsabschnitts länger als 10 mm, vorzugsweise 20 mm oder mehr, und vorzugsweise 40 mm oder mehr ist.

(ZUSAMMENFASSUNG DER EXPERIMENTE)

Auf diese Weise kann ein Paar des Querschnittsreduzierungsverhältnisses und der Länge der Verbinderschiene 25 bestimmt werden, derart, dass die Schmelzzeit des Sicherungsabschnitts (des Querschnittsreduzierungsabschnitts) gleich oder kleiner als ein gewünschter Wert (hier etwa ein Drittel oder weniger des herkömmlichen Elements) wird.

(NACHTEILE)

Ein Einfluss auf die Motorausgabe, der durch Vorsehen des Sicherungsabschnitts an der Verbinderschiene 25 hervorgebracht wird, ist im Vergleich zu dem Fall, bei dem der Sicherungsabschnitt an der Feldspule 10 vorgesehen ist, d. h. dort wo der Querschnitt der Wicklung über die gesamte Länge der Wicklung der Feldspule 10 reduziert ist, klein. Gemäß Experimenten zeigt sich, dass bei dem Fall des ersten Ausführungsbeispiels das Ausgabereduzierungsverhältnis um lediglich 1% reduziert ist und wenig Einfluss auf die Maschinenstartbarkeit gegeben ist.

(VORTEILE)

Wie im Vorhergehenden erklärt ist, kann, wenn ein ungewöhnlicher Überstrom dem Starter zugeführt wird, der Querschnittsreduzierungsabschnitt der Verbinderschiene 25 als eine effektive Sicherung funktionieren, um die innere Schaltung des Motors 2 unverzüglich und zuverlässig abzuschalten.

Es ist ferner offensichtlich, dass der Querschnittsreduzierungsabschnitt, der im Vorhergehenden beschrieben ist, in die Verbinderschiene 25 integriert ist, ohne beispielsweise ein Zwischenbauglied in einen Abschnitt der Verbinderschiene 25 (bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Querschnittsreduzierungsabschnitt über die volle Länge gebildet) einzufügen. Die Zahl von Verfahren ist daher bei einem Starterzusammenbauverfahren aufgrund des Vorsehens des Querschnittsreduzierungsabschnitts nicht vergrößert. Wenn der Sicherungsabschnitt unter Verwendung eines sich von der Verbinderschiene unterscheidenden Zwischenbauglieds gebildet ist, müssen beispielsweise ein Verfahren zum Schweißen der Verbinderschiene und des Zwischenbauglieds, oder ein Verfahren zum Vornehmen einer Oberflächenbehandlung an dem Zwischenbauglied, um die Schweißintensität des Schweißabschnitts zu vergrößern, hinzugefügt werden. Da ferner der Querschnitt des Querschnittsreduzierungsabschnitts kleiner als der Querschnitt der Verbinderschiene 25 vor der Bildung des Querschnittsreduzierungsabschnitts ist, ist es nicht erforderlich, dass ein Raum zum Unterbringen der Verbinderschiene 25 neu vorbereitet wird, und es ist ferner keine Änderung des Entwurfs für andere Starterbauglieder als die Verbinderschiene 25 erforderlich.

(ZWEITES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL)

Im Folgenden ist ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 ist eine Entwicklungsansicht einer Feldspule 10, bei der eine erste Feldspule 10a und eine zweite Feldspule 10b durch einen Verbindungsdraht 30 verbunden sind. Der Motor 2 des zweiten Ausführungsbeispiels liefert ein Beispiel, bei dem ein Querschnittsreduzierungsabschnitt (Sicherungsabschnitt, querschnittsreduzierter Abschnitt) an dem Verbindungsdraht 30, der zwischen die erste Feldspule 10a und die zweite Feldspule 10b geschaltet ist, vorgesehen ist. Der Verbindungsdraht 30 schaltet die erste Feldspule 10a mit der zweiten Feldspule 10b in Reihe. Ein Ende der ersten Feldspule 10a ist insbesondere durch den Verbindungsdraht 30 mit einem Ende der zweiten Feldspule 10b elektrisch verbunden. Das andere Ende der ersten Feldspule 10a ist mit der Motorleitung 24 verbunden, und das andere Ende der zweiten Feldspule 10b ist mit der positivseitigen Bürste 20 verbunden.

Der Verbindungsdraht 30 ist derart gebildet, dass der Querschnitt (S2) desselben über die gesamte Länge eine Hälfte oder weniger des Querschnitts (S0) der Wicklung (WG) der Feldspule 20 ist. Ein Reduzierungsverhältnis (S2/S0) des Querschnitts (S2) des Verbindungsdrahts 30 hinsichtlich des Querschnitts (S0) der Wicklung der Feldspule 10 beträgt mit anderen Worten 50% oder mehr. Der Verbindungsdraht 30 weist eine Länge (L2) von 40 mm oder mehr von einer Verbindung mit der ersten Feldspule 10a zu einer Verbindung mit der zweiten Feldspule 10b auf. Bei einem Fall, bei dem daher ein großer Kurzschlussstrom (beispielsweise mehrere Hundert Ampere) durch die Feldspule 10 und den Verbindungsdraht 30 aufgrund einer kontinuierlichen Stromzufuhr zu dem Motor 2 läuft, wird der Verbindungsdraht 30, dessen Querschnitt (S2) kleiner als derselbe (S0) der Wicklung (WG) der Feldspule 10 (8) ist, in kurzer Zeit (20 Sekunden oder weniger gemäß Experimenten) geschmolzen, um die innere Schaltung des Motors 2 unverzüglich und zuverlässig abzuschalten.

Resultate von Experimenten ähnlich zu denselben bei dem ersten Ausführungsbeispiel zeigen, dass, wenn die Länge des Sicherungsabschnitts des Verbindungsdrahts 30 länger als 40 mm wird, der Effekt des Reduzierens der Schmelzzeit durch Verlängern der Länge desselben geringfügig schwächer wird. Wenn im Gegensatz dazu die Länge des Verbindungsdrahts 30 kleiner als 40 mm gemacht wird, besteht die Tendenz, dass der Effekt des Reduzierens der Schmelzzeit durch Verlängern der Länge desselben relativ besser ist. Auf diese Weise zeigt dieses Resultat ein ähnliches Resultat zu demselben, das bei dem ersten Ausführungsbeispiel (5) erhalten wird.

Wie im Vorhergehenden erklärt ist, kann, wenn ein ungewöhnlicher Überstrom dem Starter zugeführt wird, der Querschnittsreduzierungsabschnitt des Verbindungsdrahts 30 als eine effektive Sicherung funktionieren, um die innere Schaltung des Motors 2 unverzüglich und zuverlässig abzuschalten.

Es ist offensichtlich, dass der Querschnittsreduzierungsabschnitt dadurch charakterisiert ist, dass der Abschnitt in den Verbindungsdraht 30 integriert ist, ohne beispielsweise ein Zwischenbauglied in einem Abschnitt des Verbindungsdrahts 30 einzufügen (bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Querschnittsreduzierungsabschnitt über die volle Länge des Verbindungsdrahts 30 gebildet). Im Gegensatz zu dem Fall, bei dem ein Sicherungsabschnitt aus einem Zwischenbauglied gebildet ist, ist dementsprechend die Zahl der Verfahren bei einem Starterzusammenbauverfahren aufgrund des Vorsehens des Querschnittsreduzierungsabschnitts nicht vergrößert. Da ferner der Querschnitt des Querschnittsreduzierungsabschnitts kleiner als der Querschnitt des Verbindungsdrahts 30 vor der Bildung des Querschnittsreduzierungsabschnitts ist, ist es nicht erforderlich, dass ein Raum zum Unterbringen des Verbindungsdrahts 30 neu vorbereitet wird, und es ist ferner keine Änderung des Entwurfs für andere Starterbauglieder als den Verbindungsdraht 30 erforderlich.

(MODIFIKATIONEN)

Bei der Verbinderschiene 25 des ersten Ausführungsbeispiels weist der Querschnitt anderer Abschnitte als der Verbindungen 25a und 25b eine kreisförmige Form auf. Der Querschnitt ist jedoch nicht auf die kreisförmige Form begrenzt, kann jedoch beispielsweise eine rechtwinklige Form oder eine quadratische Form aufweisen. Die Verbinderschiene 25 kann vielmehr eine hohle Struktur aufweisen, um den Querschnitt effektiv zu reduzieren. Die Form des Querschnitts des Verbindungsdrahts 30 des zweiten Ausführungsbeispiels kann ähnlicherweise geeignet ausgewählt sein, wie z. B. eine kreisförmige Form, eine rechtwinklige Form oder eine quadratische Form.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Querschnitt der Verbinderschiene 25 über die gesamte Länge derselben kleiner als der Querschnitt der Wicklung der Feldspule 10 gemacht. Soweit jedoch sichergestellt ist, dass der Querschnittsreduzierungsabschnitt (Sicherungsabschnitt) nicht weniger als eine vorbestimmte Länge aufweist, und derselbe als eine Sicherung mit Schmelzeigenschaften (z. B. einem Reduzierungsverhältnis der Schmelzzeit), die für den Querschnittsreduzierungsabschnitt wünschenswert sind, funktioniert, kann der Querschnitt von anderen Abschnitten als dem Sicherungsabschnitt gleich zu demselben des herkömmlichen Elements sein. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel kann ähnlicherweise, soweit sichergestellt ist, dass der Querschnittsreduzierungsabschnitt (Sicherungsabschnitt) des Verbindungsdrahts 30 nicht weniger als eine vorbestimmte Länge aufweist, und derselbe als eine Sicherung mit Schmelzeigenschaften (z. B. einer Schmelzzeit), die für den Querschnittsreduzierungsabschnitt wünschenswert sind, funktioniert, der Querschnitt von anderen Abschnitten als dem Sicherungsabschnitt gleich zu demselben des herkömmlichen Elements sein. Der Querschnittsreduzierungsabschnitt muss nicht notwendigerweise den gleichen Querschnitt über die gesamte Länge desselben aufweisen, kann jedoch lediglich einen Querschnitt aufweisen, der zum Realisieren der gewünschten Schmelzeigenschaften effektiv ist. Die Länge des Querschnittsreduzierungsabschnitts und eine Kombination von Querschnitten können ferner lediglich derart bestimmt sein, dass der Schmelzabschnitt die wünschenswerten Schmelzeigenschaften aufweist.

Die wünschenswerten Schmelzeigenschaften des Querschnittsreduzierungsabschnitts bei dem ersten Ausführungsbeispiel umfassen, dass die Schmelzzeit etwa ein Drittel oder weniger des herkömmlichen Elements ist, und dieselben bei dem zweiten Ausführungsbeispiel umfassen, dass die Schmelzzeit 20 Sekunden oder weniger ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sollten jedoch die wünschenswerten Eigenschaften des Querschnittsreduzierungsabschnitts nicht auf eine solche Schmelzzeit von etwa einem Drittel oder weniger des herkömmlichen Elements oder 20 Sekunden oder weniger begrenzt sein.

7A und 7B zeigen schließlich allgemeine Anordnungen der Verdrahtung zum Zuführen von Strom von den Batterien zu den Feldspulen bei dem ersten bzw. zweiten Ausführungsbeispiel. Bei dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Querschnittsreduzierungsabschnitte in der Verbinderschiene 25 bzw. dem Verbinderdraht 30 vorgesehen, um als Sicherungen zu funktionieren. Die Querschnittsreduzierungsabschnitte können jedoch in anderen Abschnitten (Stromrelaiselementen) als die Verbinderschiene 25 und der Verbindungsdraht 30, wie z. B. Abschnitten (Stromrelaiselementen) des Batteriekabels 34, Herausziehleitungen 10ai und 10ao der Feldspule 10a oder Leitungen 10bi und 10bo der Feldspule 10b vorgesehen sein.

Um die Art und Weise zu erklären, mit der die vorliegende Erfindung Vorteile bewirkt, sind spezifische Starter im Vorhergehenden beschrieben, wobei in jedem derselben eine Sicherung in der Verdrahtung (den Stromrelaiselementen) integriert ist. Es ist jedoch offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Starter begrenzt ist, sondern jede und alle Modifikationen, Variationen oder äquivalente Anordnungen, die Fachleuten einfallen, als in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallend betrachtet werden sollten.


Anspruch[de]
Starter zum Starten einer Maschine, mit:

einem Motor, der mit einer Feldspule ausgestattet ist, die einen Startstrom von einer Leistungsquelle aufnimmt, um die Feldspule zu erregen, um ein Magnetfeld zu erzeugen; und

einem Stromrelaiselement, das angeordnet ist, um mindestens einen Teil eines elektrischen Wegs zu bilden, der die Feldspule und die Leistungsquelle verbindet und einen schnittreduzierten Abschnitt aufweist, dessen Querschnittsfläche kleiner als eine Querschnittsfläche einer Wicklung ist, aus der die Feldspule zusammengesetzt ist, wobei die Querschnittsfläche des schnittreduzierten Abschnitts bestimmt ist, um zu bewirken, dass der schnittreduzierte Abschnitt als eine Sicherung gegen eine übermäßige Menge des Startstroms funktioniert.
Starter nach Anspruch 1, bei dem das Stromrelaiselement eine Verbinderschiene ist, die die Feldspule und eine Leitung des Motors verbindet. Starter nach Anspruch 1, bei dem die Feldspule aus einer Mehrzahl von Feldspulen zusammengesetzt ist, wobei ein Ende der Feldspulen mit einem Ende einer anderen der Feldspulen über einen Verbindungsdraht verbunden ist und der schnittreduzierte Abschnitt mit dem Verbindungsdraht einstückig gebildet ist. Starter nach Anspruch 2, bei dem der schnittreduzierte Abschnitt eine Länge gleich oder länger als eine halbe Länge der Verbinderschiene aufweist. Starter nach Anspruch 3, bei dem der schnittreduzierte Abschnitt eine Länge gleich oder länger als eine halbe Länge des Verbindungsdrahts aufweist. Starter nach Anspruch 4, bei dem der schnittreduzierte Abschnitt eine Länge gleich oder länger als 40 mm aufweist. Starter nach Anspruch 5, bei dem der schnittreduzierte Abschnitt eine Länge gleich oder länger als 40 mm aufweist. Starter nach Anspruch 4, bei dem die Querschnittsfläche des schnittreduzierten Abschnitts der Verbinderschiene gleich oder kleiner als eine halbe Fläche der Querschnittsfläche der Wicklung ist, aus der die Feldspule zusammengesetzt ist. Starter nach Anspruch 5, bei dem die Querschnittsfläche des schnittreduzierten Abschnitts des. Verbindungsdrahts gleich oder kleiner als eine halbe Fläche des Querschnitts der Wicklung ist, aus der die Feldspule zusammengesetzt ist. Starter nach Anspruch 8, bei dem der schnittreduzierte Abschnitt der Verbinderschiene eine Länge gleich oder länger als 40 mm aufweist. Starter nach Anspruch 9, bei dem der schnittreduzierte Abschnitt des Verbindungsdrahts eine Länge gleich oder länger als 40 mm aufweist. Starter nach Anspruch 1, bei dem der schnittreduzierte Abschnitt eine Schnittfläche gleich oder kleiner als eine Hälfte einer Fläche des Querschnitts der Wicklung, aus der die Feldspule zusammengesetzt ist, aufweist. Starter nach Anspruch 12, bei dem der schnittreduzierte Abschnitt eine Länge, die länger als 10 mm ist, aufweist. Starter nach Anspruch 12, bei dem die Länge des schnittreduzierten Abschnitts gleich oder länger als 20 mm ist. Starter nach Anspruch 12, bei dem die Länge des schnittreduzierten Abschnitts gleich oder länger als 40 mm ist. Starter nach Anspruch 12, bei dem das Stromrelaiselement eine Verbinderschiene ist, die die Feldspule und eine Leitung des Motors verbindet. Starter nach Anspruch 12, bei dem die Feldspule aus einer Mehrzahl von Feldspulen zusammengesetzt ist, wobei ein Ende von einer der Feldspulen mit einem Ende einer anderen der Feldspulen über einen Verbindungsdraht verbunden ist und der schnittreduzierte Abschnitt mit dem Verbindungsdraht einstückig gebildet ist. Starter nach Anspruch 13, wobei das Stromrelaiselement eine Verbinderschiene ist, die die Feldspule und eine Leitung des Motors verbindet. Starter nach Anspruch 13, bei dem die Feldspule aus einer Mehrzahl von Feldspulen zusammengesetzt ist, wobei ein Ende von einer der Feldspulen mit einem Ende einer anderen der Feldspulen über einen Verbindungsdraht verbunden ist und der schnittreduzierte Abschnitt mit dem Verbindungsdraht einstückig gebildet ist. Starter nach Anspruch 1, bei dem die Länge des schnittreduzierten Abschnitts und eine Fläche des Querschnitts des schnittreduzierten Abschnitts bestimmt sind, um zu bewirken, dass der schnittreduzierte Abschnitt als die Sicherung funktioniert, die in einem vorbestimmten Zeitintervall gegen eine Menge des Startstroms, die über einer vorbestimmten Menge ist, arbeitet.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com