專利名稱：用于監(jiān)測(cè)電機(jī)中換向器系統(tǒng)的電刷磨損的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于監(jiān)測(cè)電機(jī)中換向器系統(tǒng)的電刷磨損的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
由DE 10 2004 035 318 Al已知，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)確定電動(dòng)機(jī)碳刷的磨損。在這種情況下，對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行合計(jì)或者由檢測(cè)到的電壓值導(dǎo)出。如果轉(zhuǎn)數(shù)超過某個(gè)臨界值，則輸出警告信號(hào)。由DE 10 2005 061 412 Al已知，換向器的電刷被設(shè)計(jì)為具有多個(gè)導(dǎo)電性不同部分的雙組分部件。通過阻抗傳感器在電刷不斷磨損期間記錄測(cè)量信號(hào)中阻抗的不同，其可以顯示。但是前提是，具有兩個(gè)導(dǎo)電性不同部分的電刷結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，能夠以簡(jiǎn)單的措施可靠地檢測(cè)電機(jī)換向器中的電刷磨損。所述目的根據(jù)本發(fā)明通過各獨(dú)立權(quán)利要求的特征實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求給出了有利的改進(jìn)方案。依據(jù)本發(fā)明的設(shè)備或者方法用于監(jiān)測(cè)電機(jī)例如電動(dòng)機(jī)或者發(fā)電機(jī)中電刷的磨損。 在一種有利的應(yīng)用中規(guī)定，用于監(jiān)測(cè)磨損的設(shè)備被用在內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)電動(dòng)機(jī)中。換向器系統(tǒng)包括多個(gè)電刷用于傳輸電流，其中至少一個(gè)電刷被可調(diào)節(jié)地容納在電刷架內(nèi)，并且被彈簧元件朝集電器的方向施加力。通過本身已知的實(shí)施方式，在電刷磨損的情況下將電刷朝集電器的方向校準(zhǔn)，從而在長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間期間內(nèi)保證電刷和旋轉(zhuǎn)的集電器之間可靠的電流傳輸。在依據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中，在電刷的調(diào)節(jié)方向看，至少一個(gè)電刷具有限定的、優(yōu)選地最大磨損行程，其中隨著達(dá)到該限定的磨損行程，電刷和集電器之間的接觸面積改變。通過測(cè)量值檢測(cè)達(dá)到限定的磨損行程。該實(shí)施方式使得能夠使用由唯一的一種電刷材料制成的電刷，因?yàn)橛靡詸z測(cè)規(guī)定的磨損行程的測(cè)量值與材料差異無關(guān)，而僅與電刷所走過的進(jìn)給量有關(guān)。該進(jìn)給量要么可以通過機(jī)械的方式感知，例如通過到達(dá)止擋并且觸發(fā)接觸，要么可以根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式以電的方式通過檢測(cè)電機(jī)的電特征值感知，該電特征值由于接觸面積不同而變化。根據(jù)一種優(yōu)選的實(shí)施方式，接觸面積隨著達(dá)到規(guī)定的磨損行程而減小，這里屬于此類情況的還有電刷和集電器外周面之間的接觸被中斷的情況。通過接觸面積減小或者接觸被中斷，至少一個(gè)電特征值改變，這可以通過相應(yīng)的測(cè)量裝置或者電子設(shè)備確定。接觸面積的減小導(dǎo)致電阻升高，從而導(dǎo)致整車電路中電壓降減小，該電壓降可以確定，接著例如顯示一個(gè)信號(hào)，即該電刷的磨損行程已經(jīng)用盡，等候置換電刷。根據(jù)一種優(yōu)選的實(shí)施方式，電機(jī)的至少兩個(gè)電刷具有不同的限定的磨損行程，因此在磨損近似相同的前提下，這些磨損行程在不同的時(shí)間點(diǎn)達(dá)到。一旦具有減小的限定的磨損行程的電刷用到該電刷和集電器之間的接觸面積變化的程度，則顯示相應(yīng)的信號(hào)，同時(shí)具有較長(zhǎng)限定的磨損行程的電刷仍然一直與集電器接觸并傳輸電流。因此基本上在繼續(xù)磨損的情況下也能夠保持電流傳輸并且向用戶顯示當(dāng)前的磨損狀態(tài)。盡管至少一個(gè)電刷磨損，但電機(jī)仍然能夠完全地或者以至少只略微減少的程度繼續(xù)運(yùn)行。根據(jù)一種有利的實(shí)施方式，至少一個(gè)電刷的進(jìn)給量在朝向集電器的方向上被限制到最大允許的磨損行程，特別地，這借助于止擋實(shí)現(xiàn)。該止擋以有利的方式位于電刷架上， 或者替代地位于另外的在殼體側(cè)的部件上。為了限制進(jìn)給量，要么限制彈簧元件的調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)，使得隨著到達(dá)止擋，不再通過彈簧元件的力朝集電器的方向繼續(xù)對(duì)電刷施加力。根據(jù)另一種實(shí)施方式，通過止擋限制電刷的調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)，使得被彈簧元件朝集電器的方向施加力的電刷隨著到達(dá)止擋而達(dá)到最大允許的磨損行程，這里電刷和集電器之間的接觸面積也要么減小或者該接觸完全被中斷。止擋例如以朝內(nèi)的凸緣的形式被構(gòu)造在電刷架上，其以希望的方式限制進(jìn)給量。根據(jù)另一種有利的、用于限制進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的止擋的非強(qiáng)制必需的實(shí)施方式，電刷體包括具有恒定橫截面積的磨損段以及與磨損段相比具有多個(gè)不相同的橫截面面積的基段。 磨損段遭受所允許的磨損，其中，隨著用盡磨損段，基段開始與集電器接觸，并且由于基段具有多個(gè)不相同的橫截面面積，電特征值，特別是電機(jī)中的電壓發(fā)生變化，可以對(duì)其進(jìn)行記錄。特別地，基段的橫截面面積比磨損段的小，其中原則上也可以考慮基本段具有較大的橫截面積。根據(jù)另一種有利的實(shí)施方式，電機(jī)具有多個(gè)各具有兩個(gè)電刷的電刷對(duì)，其中電刷對(duì)的至少一個(gè)電刷、然而有利的是該電刷對(duì)的兩個(gè)電刷在最大允許的磨損行程上與其他的電刷對(duì)不同。該電刷對(duì)的該電刷或者兩個(gè)電刷特別地具有縮短的最大磨損行程，以便能夠及早提示磨損，而不會(huì)使電機(jī)的運(yùn)行良好性失效。例如在六極電機(jī)中使用帶有六個(gè)碳刷的電刷系統(tǒng)，其中一個(gè)電刷對(duì)的兩個(gè)碳刷具有減小的磨損行程，使得隨著達(dá)到該電刷對(duì)的最大磨損行程僅還通過四個(gè)碳刷傳輸電流，這可以根據(jù)升高的總電阻進(jìn)行檢測(cè)。電特征值(根據(jù)該電特征值能夠確定磨損的關(guān)鍵性區(qū)域)一方面是接通電機(jī)時(shí)的電壓擾動(dòng)，另一方面是切斷供電后電機(jī)延長(zhǎng)的慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。在至少一個(gè)、但有利的是兩個(gè)具有減小的磨損行程的碳刷不再貼靠在集電器的外周面上從而不再繼續(xù)磨損后，雖然其余碳刷的磨損少許增加，但是這仍然允許有足夠的時(shí)間進(jìn)行維護(hù)工作和更換電刷。有利的是，在電刷對(duì)中無論是正電刷還是負(fù)電刷都具有減小的磨損行程，以避免導(dǎo)致極性過載進(jìn)而導(dǎo)致迅速地磨損。優(yōu)選地，在一個(gè)電刷對(duì)內(nèi)磨損行程大小相等，其中，原則上也考慮各不相同的、分別相對(duì)于別的電刷減小了的磨損行程，以便例如有目的地補(bǔ)償電刷對(duì)內(nèi)不同的磨損行為。只要在電機(jī)中提供至少兩個(gè)電刷對(duì)，則有利的是僅一個(gè)唯一的電刷對(duì)的兩個(gè)電刷具有減小的磨損行程。但是也考慮多個(gè)電刷對(duì)而不是全部電刷對(duì)具有減小的磨損量，其中， 縮短的磨損行程既可以大小相等，也可以大小不等，以便例如在分級(jí)的方法中指示電刷失效程度漸增。


由其他的權(quán)利要求
和附圖可以獲知其他的優(yōu)點(diǎn)和有利的實(shí)施方式。其中圖1示出了電機(jī)中的換向系統(tǒng)的剖視圖，該換向系統(tǒng)具有碳刷，該碳刷被可調(diào)節(jié)地容納在電刷架中，并且通過彈簧元件朝集電器的外周面方向被施加力，圖2示出了一種換向系統(tǒng)，在該換向系統(tǒng)中，碳刷的磨損行程通過電刷架上的止擋限制，圖3示出了另一種換向系統(tǒng)，在該換向系統(tǒng)中，彈簧運(yùn)動(dòng)通過止擋限制，圖4示出了另一種實(shí)施例，在該實(shí)施例中，與圖2中一樣碳刷的磨損行程被限制， 其中止擋位于電刷架的切向側(cè)壁上，圖5示出了另一種換向系統(tǒng)，在該換向系統(tǒng)中，電刷具有橫截面積減小的區(qū)段。在圖中相同的部件具有相同的附圖標(biāo)記。
具體實(shí)施例方式依據(jù)圖1的換向系統(tǒng)1是僅示意性示出的電機(jī)2，例如用于內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的組成部分。換向系統(tǒng)1包括碳刷3以及集電器5，所述碳刷被可調(diào)節(jié)地容納在殼體側(cè)的電刷架4內(nèi)，所述集電器與電機(jī)2的轉(zhuǎn)子固定連接。轉(zhuǎn)子軸線用附圖標(biāo)記6表示，集電器5也圍繞該轉(zhuǎn)子軸線轉(zhuǎn)動(dòng)?？烧{(diào)節(jié)地容納在電刷架4內(nèi)的碳刷3由彈簧元件7的力朝向集電器外周面的方向施加力。彈簧元件7同樣容納在電刷架4內(nèi)。碳刷3的調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)以及彈簧元件7的作用方向相對(duì)于轉(zhuǎn)子縱軸線6是沿徑向的。通過絞合線8向電刷3供電。由于碳刷3在電刷架4內(nèi)的徑向調(diào)節(jié)性以及彈簧元件7的力的施加，碳刷3在磨損時(shí)自動(dòng)地沿徑向朝集電器5的方向校準(zhǔn)。在圖2中示出了一種換向系統(tǒng)1，該換向系統(tǒng)在很大程度上對(duì)應(yīng)于按照?qǐng)D1的換向系統(tǒng)，但是附加地設(shè)有一個(gè)進(jìn)給量限制件，用以實(shí)現(xiàn)碳刷3的限定的最大磨損行程。該止擋通過電刷架4上的止擋元件9以及電刷側(cè)的止擋元件10構(gòu)成。根據(jù)圖2中換向系統(tǒng)在切線方向的視圖，電刷架4或者碳刷3上的止擋元件9和10在軸線方向上延伸。在電刷架 4側(cè)，止擋元件9形成在電刷架4的下端面上的朝向內(nèi)的凸緣，該凸緣與碳刷3上的止擋元件10相對(duì)應(yīng)，其中止擋元件10相對(duì)于電刷基體沿軸向突出，并且沿徑向位于電刷的遠(yuǎn)離與集電器的接觸面的一側(cè)。止擋元件9和10的位置相互校準(zhǔn)，使得與依據(jù)圖1的換向系統(tǒng)相比，沿徑向調(diào)節(jié)方向看，在依據(jù)圖2的換向系統(tǒng)1中的碳刷具有較小的最大磨損行程。一旦碳刷3上的止擋元件10與電刷架4上的止擋元件9接觸，就中斷朝集電器5方向的進(jìn)一步的徑向進(jìn)給。由此在碳刷3的端面和集電器5的外周面之間的滑動(dòng)接觸中斷，使得通過該碳刷不能再繼續(xù)傳輸電流。只要通過具有較大磨損長(zhǎng)度的其他碳刷，例如通過在按照?qǐng)D1 的換向系統(tǒng)范圍內(nèi)的碳刷為電機(jī)供電，則繼續(xù)的供電僅由這些具有較大磨損長(zhǎng)度的碳刷進(jìn)行?？梢愿鶕?jù)電特征值確定由于具有減小的磨損行程的一個(gè)碳刷或者碳刷對(duì)的失效而導(dǎo)致的供電中的變化。在依據(jù)圖3的實(shí)施例中，通過止擋元件9減小不是減小碳刷3的調(diào)節(jié)行程，而是彈簧元件7的調(diào)節(jié)行程。因此，一旦碳刷3經(jīng)過相應(yīng)的磨損行程，彈簧元件7的力就支撐在位于電刷架4上的指向內(nèi)的止擋元件9上。通過支撐在止擋元件9上，彈簧元件7失去其對(duì)碳刷3的作用，從而不再沿徑向朝集電器5的外周面方向?qū)υ撎妓⑹┘恿?，該碳刷停留在它到達(dá)的位置。通過這種方式還限制了碳刷3的磨損行程。圖3與圖4同樣地，沿軸向示出了換向器系統(tǒng)1的視圖。集電器5的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及相應(yīng)地電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用箭頭11表示。止擋元件9位于電刷架4的內(nèi)側(cè)與電刷架的自由端面相鄰，即位于圓周側(cè)壁上。類似于圖2，在依據(jù)圖4的實(shí)施例中，碳刷3的進(jìn)給行程是受到限制的。為此，在電刷架4或者碳刷3上的止擋元件9和10相互作用。但與圖2不同的是，止擋元件9、10不在電刷架或者碳刷的軸向端面上，而在圓周面上，由此碳刷和電刷架在軸向上可以被相應(yīng)構(gòu)造得較短。在依據(jù)圖5的實(shí)施例中，通過在碳刷體內(nèi)部在碳刷中設(shè)置凹口 14來限制碳刷3的磨損行程。碳刷體在徑向被分為遠(yuǎn)離集電器5的基段12和朝向集電器5的磨損段13，其中磨損段在與集電器的接觸面和基段12之間延伸?；?2在凹口 14的區(qū)域內(nèi)具有比磨損段13小的橫截面面積，該磨損段在其徑向延伸長(zhǎng)度內(nèi)具有恒定的橫截面面積。一旦磨損段通過磨損被完全蝕去，基段12便在具有減小的橫截面面積的凹口區(qū)域與集電器5的外周面接觸。電機(jī)中的電特征值由于減小的橫截面面積而發(fā)生變化，這可以被顯示出來以確定已經(jīng)經(jīng)過一段時(shí)期的磨損。碳刷3的減小的橫截面面積引起電阻升高和電壓擾動(dòng)，這可以測(cè)量。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)測(cè)電機(jī)⑵中換向器系統(tǒng)⑴的電刷⑶的磨損的設(shè)備，其中所述電刷 ⑶被能調(diào)節(jié)地容納在電刷架⑷內(nèi)，并且被彈簧元件(7)朝集電器(5)的方向施加力，其特征在于，在所述電刷(3)的調(diào)節(jié)方向上看，隨著達(dá)到限定的磨損行程，所述電刷( 和所述集電器( 之間的接觸面積改變，其中能夠通過測(cè)量值檢測(cè)出已達(dá)到限定的磨損行程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，至少兩個(gè)電刷(3)具有不同的最大磨損行程。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，一個(gè)電刷對(duì)的電刷(3)相對(duì)于其他電刷對(duì)的電刷(3)具有減小的磨損行程。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，在所述電刷架(4)上設(shè)置用于將所述電刷(3)的進(jìn)給量限制到能設(shè)定的大小的止擋裝置，其中能夠測(cè)量出已達(dá)到最大進(jìn)給量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述測(cè)量值是所述電機(jī) ⑵的電特征值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述彈簧元件(7)的調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)是受限制的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述電刷C3)的調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)是受限制的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述電刷C3)具有橫截面積恒定的磨損段(13)，緊接所述磨損段的是基段(12)，所述基段(12)具有與所述磨損段 (13)不同的橫截面面積。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述基段(12)具有比所述磨損段(13)更小的橫截面面積。
10.一種電機(jī)，特別是用于內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述電機(jī)具有根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備。
11.一種用于操作根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備的方法，其特征在于，通過測(cè)量值檢測(cè)出已達(dá)到限定的磨損行程，并顯示一個(gè)信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，監(jiān)測(cè)電機(jī)O)的至少一個(gè)電特征值，并從該特征值的變化推斷出已達(dá)到最大磨損行程。
13.—種調(diào)節(jié)或者控制設(shè)備，用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求11或者12所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測(cè)電機(jī)中換向器系統(tǒng)電刷磨損的設(shè)備和方法，在所述設(shè)備中，電刷被可調(diào)節(jié)地容納在電刷架內(nèi)，并且由彈簧元件朝集電器的方向施加力，所述設(shè)備的構(gòu)造使得隨著達(dá)到限定的磨損行程，電刷和集電器之間的接觸面積改變，這可通過測(cè)量值檢測(cè)到。
文檔編號(hào)G01R31/34GK102565700SQ20111031909
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者J·格羅斯, M·拜爾 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司