專利名稱：包括平型換向器和電刷夾的電機(jī)的制作方法
現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1和2的前序部分所述的電機(jī)。
這種電機(jī)包括平型換向器和電刷夾，平型換向器具有帶平的扇形接觸條的端面，電刷夾將用彈簧加載的電刷保持在容器中并且在該容器中在對(duì)著平型換向器的底側(cè)面上具有開口，電刷從這些開口中突出來而與平型換向器的端面的扇形接觸條接觸。
采用機(jī)械方式換向的并且在液體中工作和/或被液體流過的小型電機(jī)已知被用于汽車制造中的電動(dòng)燃料泵、水泵或類似部件，和用作在汽車領(lǐng)域之外的輸送泵或類似物。由于結(jié)構(gòu)空間上的原因，用于這種電機(jī)的機(jī)械式換向系統(tǒng)通常是平型換向器。由于燃料/燃油的資源變得越來越緊缺以及電能價(jià)格的上漲，對(duì)于在液體/燃油中工作的小型電機(jī)來說高效率的重要性也在提高。
這種情況尤其是在汽車應(yīng)用上。對(duì)于電流消耗來說，電流輸送鏈的效率、電能的磁性充分利用(極小的磁損失)和液力的(以液體為條件的)或機(jī)械的(例如軸承摩擦或類似情況)損失是決定性的。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在本發(fā)明的具有權(quán)利要求1或2的特征的電機(jī)中，電刷在換向器上的振動(dòng)被減小。此外其減小了液力損失和在電刷以及平型換向器扇形條之間的平均接觸電阻和由此減小了在從電機(jī)的靜止部件到旋轉(zhuǎn)部件的電壓過渡時(shí)的損失和由此整體上提高了電機(jī)的效率和減小了所需的電流消耗。此外還由此同時(shí)提高了工作壽命，因?yàn)殡娝⒒驌Q向器的磨損首先通過振動(dòng)的減小而減少。在理想情況下由此可以相對(duì)于已知的材料在相同的壽命條件下減小換向器的銅/炭片的厚度或炭刷的長度或者延長壽命。此外使電刷和彈簧的安裝變得容易。
為此提供了一種電機(jī)，其包括平型換向器和電刷夾，平型換向器具有包括平的扇形接觸條的端面，電刷夾將用彈簧加載的電刷保持在容器中并且在對(duì)著平型換向器的底側(cè)面上具有開口，電刷從這些開口中突出而與平型換向器的端面的扇形接觸條接觸，其中彈簧是兩個(gè)，其通過鉤子懸掛在懸掛機(jī)構(gòu)上，該懸掛機(jī)構(gòu)從側(cè)面構(gòu)造在容器上，并且懸掛機(jī)構(gòu)設(shè)置在與平型換向器的平的端面平行的并且相間的平面中。
替代地或附加地，可以提供一種電機(jī)，該電機(jī)包括帶平的扇形接觸條的端面的平型換向器和電刷夾，該電刷夾將用彈簧加載的電刷保持在容器的豎筒中并且在容器中在對(duì)著平型換向器的底側(cè)面上具有開口，電刷從這些開口中突出并接觸平型換向器的端面的扇形接觸條，其中彈簧是渦簧，其通過鉤子懸掛在容器側(cè)面上的懸掛機(jī)構(gòu)上并且在懸掛機(jī)構(gòu)旁邊延伸有橫向穿過容器的豎筒的板條，從而電刷的桿部在所有側(cè)面被導(dǎo)向。
此外還具有優(yōu)化帶平型換向器的小型直流電動(dòng)機(jī)的效率的優(yōu)點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)化了其在平型換向器情況下減小液體摩擦和滑水效應(yīng)的幾何形狀。
例如1.3的覆蓋因子的作用使得電刷總是部分地抵貼在至少兩個(gè)扇形條上并由此在從平型換向器的扇形條至扇形條的每次過渡中不必在整個(gè)電刷面上承受各個(gè)扇形條間隔部的振動(dòng)的激發(fā)，因?yàn)樗辽俨糠值剡€支撐在前一個(gè)扇形條上。這減小了發(fā)生振動(dòng)的趨勢(shì)并且宏觀上同樣也改善了效率和減少了液體中的電機(jī)所需的電流消耗。
渦簧這樣設(shè)置在電刷上，使得它在炭刷中導(dǎo)入軸向的和切向的分力，其中軸向分力產(chǎn)生在平型換向器上的最佳壓緊力，切向力保證了在電刷夾的炭刷導(dǎo)向部中的平穩(wěn)導(dǎo)向。渦簧的彈性系數(shù)接近為零，因此與炭刷的剩余長度無關(guān)地，在壽命期間幾乎相同的彈簧力作用在炭刷和平型換向器上并且渦簧的較高的阻尼系數(shù)總是以相同的方式在壽命期間改善了平型換向器的至少兩個(gè)扇形條上的至少一個(gè)電刷的振動(dòng)特性。彈簧力導(dǎo)入電刷由此改善了電刷的平穩(wěn)位置和由此改善了振動(dòng)源。這從整體上導(dǎo)致了在旋轉(zhuǎn)的平型換向器和靜止的電刷之間的振動(dòng)很小，導(dǎo)致在平均上更小的縫隙或在宏觀上看導(dǎo)致更加持續(xù)的或更緊密的接觸并且由此導(dǎo)致在電刷和換向器之間的更多的和電壓強(qiáng)度較低的電流過渡(也稱為“點(diǎn)蝕”(Pittings))和由此也導(dǎo)致電壓過渡中的損失更小，因?yàn)樵陔妷哼^渡中的損失隨著長度的增加和閃電/點(diǎn)蝕數(shù)目的降低和液體量的增加而增加。總體上，在壽命期間炭刷作用在換向器扇形條上的更均勻的壓緊力和較小的振動(dòng)趨勢(shì)導(dǎo)致更均勻的磨損和電壓過渡中較小的損失和在宏觀上看更高的效率。
通過使電刷具有構(gòu)造成平的接觸面的端面，使得電刷最佳地適用于平型換向器。優(yōu)選地，電刷在背離接觸面的端面上具有用于渦簧的斜面。在一個(gè)優(yōu)選的改進(jìn)方案中該斜面與所述平面夾成小于90°的角。
炭幾何形狀是這樣設(shè)計(jì)的，使得覆蓋度可以減小由在各單個(gè)平型換向器扇形條之間的扇形條間隔部產(chǎn)生的振動(dòng)激發(fā)和同時(shí)類似于船艏給液體或燃油/燃料提供很小的排液面和從側(cè)面引導(dǎo)液體通過。斜面除了優(yōu)化了排液(較小的排液損失)以外還優(yōu)化了電刷在液體或燃料上的漂浮趨勢(shì)(滑水)(Aquaplaning)。由此減小了電刷和平型換向器扇形條之間的平均縫隙高度，預(yù)防了炭面相對(duì)于換向器面的最小傾斜位置和由此又減小了在電刷和換向器之間的電流過渡損失。
優(yōu)選地，容器兩端是敞開的。其優(yōu)點(diǎn)在于它可以比封閉容器建造得更短，因?yàn)椴槐卦O(shè)置用于彈簧的結(jié)構(gòu)空間，該結(jié)構(gòu)空間增大了結(jié)構(gòu)長度。
優(yōu)選地，電刷包括桿部，該桿部包括帶外部輪廓的橫截面，其中該外部輪廓是流線型的。流線型的外部輪廓的轉(zhuǎn)換可以這樣實(shí)現(xiàn)，即至少一個(gè)第一縱向側(cè)面和第二縱向側(cè)面相互間以第一間距平行地延伸，其中第一縱向側(cè)面的寬度大于第二縱向側(cè)面的寬度，第一縱向側(cè)面和第二縱向側(cè)面與垂直穿過第一縱向側(cè)面和第二縱向側(cè)面延伸的平面對(duì)稱地設(shè)置，第三縱向側(cè)面和第四縱向側(cè)面與該平面對(duì)稱地和優(yōu)選平行地和相互間以第二間距延伸并且在第一縱向側(cè)面和第三縱向側(cè)面之間構(gòu)成第一斜面以及在第一縱向側(cè)面和第四縱向側(cè)面之間構(gòu)成第二斜面。
其它可能的流線型外部輪廓可以是圓形的，橢圓形的，菱形的，三角形的或腎形的形式。
其它的優(yōu)點(diǎn)和有利的改進(jìn)方案由從屬權(quán)利要求和說明書中給出。
附圖附圖中示出了一個(gè)實(shí)施例并在以下的說明書中詳細(xì)解釋。附圖中所示

圖1是電機(jī)的縱剖圖，圖2是沿著圖3中的剖面線II-II的細(xì)節(jié)縱剖圖，圖3是圖2中的電刷夾的俯視圖，圖4是電刷、渦簧和換向器的立體圖，圖5是圖4中的換向器的俯視圖，圖6a至6e是電刷的可以選擇的橫截面。
實(shí)施例的描述在圖1中簡(jiǎn)化地示出了電機(jī)的一部分的縱剖圖。在該實(shí)施例中涉及的是一種帶有電刷的直流電動(dòng)機(jī)，也稱為整流子電動(dòng)機(jī)，并且是汽車的燃料泵的一部分。但是也可以有其它的應(yīng)用，例如可以考慮用在汽車中的風(fēng)扇、車窗升降器、雨刷驅(qū)動(dòng)裝置、車座調(diào)節(jié)器中或其它應(yīng)用中。該實(shí)施例也可以是涉及一種發(fā)電機(jī)。電機(jī)10優(yōu)選只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，因此其尤其是用于已經(jīng)提到的風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)裝置。而且由于噪音很低，電機(jī)10最佳地適用于風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)。
在其是帶有電刷的直流電動(dòng)機(jī)的情況下，在電機(jī)10中的電樞軸上設(shè)置有換向器。而在發(fā)電機(jī)的情況下則可以是滑環(huán)。
電機(jī)10包括殼體，尤其是極管12，和布置在其中的電樞14。電樞14具有電樞軸16，其設(shè)置在兩個(gè)端部軸承18中，而軸承18本身則固定在兩個(gè)軸承蓋20中。最后在極管12的內(nèi)周上圍繞疊片組18布置有磁鐵22。磁鐵22與固定在電樞軸14上的具有電樞繞組24的疊片組18共同作用。
電樞繞組24與換向器28的鉤子26(圖2)相連。換向器28，其優(yōu)選是平型換向器，由兩個(gè)用虛線表示的炭刷或電刷30加載。電刷30設(shè)置在制造成塑料壓鑄件的電刷夾32上。
由圖2和3看到，電刷夾32包括用于具有流線型外部輪廓的兩個(gè)電刷30的容器34。電刷夾32具有兩個(gè)相互平行構(gòu)成的并且指向相同方向的容器34。在容器34的可從側(cè)面對(duì)準(zhǔn)換向器28的一些開口上構(gòu)造有在平面中延伸的兩個(gè)凸緣36，其用于渦簧40的鉤子38。
凸緣36例如可以是容器34的下邊緣或?qū)χ鴵Q向器28的邊緣。與凸緣36平行地或大約在相同的高度上，在該下邊緣上構(gòu)造有橫向延伸穿過容器34的豎筒的板條39。板條39與凸緣36或渦簧40平行地布置。它只稍微延伸到容器34的豎筒內(nèi)。渦簧40的鉤子38在裝配時(shí)在板條39和凸緣36之間穿過，然后懸掛在凸緣36上。不僅通過凸緣36而且通過板條39使得從背離換向器28的一側(cè)或從容器34的開口安裝電刷30或渦簧40變得容易。此外通過板條39構(gòu)成從整個(gè)側(cè)面包圍電刷30的桿部42或外部輪廓44的導(dǎo)向部，這對(duì)振動(dòng)特性起到有利的作用并且由此對(duì)壽命以及其他方面也有積極的影響。
容器34在兩端是敞開的。在電刷夾32和換向器28的端部之間構(gòu)造有空間41，在燃料泵的情況下，燃料被輸送通過該空間。此時(shí)造成燃料形成渦旋運(yùn)動(dòng)。下面將說明如何可以避免這種渦旋運(yùn)動(dòng)。
如特別是可以很好地從圖4和5中看到的那樣，電刷30包括桿部42，其具有帶外部輪廓44的橫截面46。外部輪廓44的特征在于它構(gòu)造成流線型。桿部42包括多個(gè)縱向側(cè)面48，50，52，54，它們優(yōu)選相互成直角關(guān)系。在各相鄰的縱向側(cè)面48，50，52，54之間構(gòu)造有斜面56，58，60，62，它們的寬度大于兩個(gè)相鄰的縱向側(cè)面48，50 52，54中的至少一個(gè)縱向側(cè)面的寬度。由此得到至少為六邊形的，優(yōu)選為八邊形的橫截面46。
第一縱向側(cè)面48和第二縱向側(cè)面50以第一間距相互平行地延伸。第一縱向側(cè)面48的寬度大于第二縱向側(cè)面50的寬度。第一縱向側(cè)面48和第二縱向側(cè)面50與用虛線表示的平面64對(duì)稱地設(shè)置，該平面垂直地延伸通過第一和第二縱向側(cè)面。第三縱向側(cè)面52和第四縱向側(cè)面54與平面64對(duì)稱地和優(yōu)選平行地和相互間以第二間距延伸。第三縱向側(cè)面52和第四縱向側(cè)面54一樣長并短于第二縱向側(cè)面50。在第一縱向側(cè)面48和第三縱向側(cè)面52之間是第一斜面56和在第一縱向側(cè)面48和第四縱向側(cè)面54之間是第二斜面58。第一斜面56和第二斜面58要寬于第三縱向側(cè)面52和第四縱向側(cè)面54。第一斜面56和第二斜面58夾成與平面64對(duì)稱地布置的第一角66。
在第二縱向側(cè)面50和第三縱向側(cè)面52之間構(gòu)成第三斜面60以及在第二縱向側(cè)面50和第四縱向側(cè)面54之間構(gòu)成第四斜面62。第三斜面60和第四斜面62寬于第三縱向側(cè)面52和第四縱向側(cè)面54。第三斜面60和第四斜面62夾成與平面64對(duì)稱地布置的第二角。由第一和第二斜面60構(gòu)成的第一角66小于由第三和第四斜面構(gòu)成的第二角。
此外，電刷30具有用于換向器28的構(gòu)造成平的接觸面68的端面。如可以很好地從圖4中看到，在電刷30的背離接觸面68的端面70上構(gòu)造有用于渦簧40的斜面72。該斜面與平面64優(yōu)選夾成小于90°的角。
該也被稱為覆蓋角的角66以因子1.3±0.2的倍數(shù)大于換向器28的炭扇形條76的角74。至少該因子應(yīng)大于1。如最后還可以從圖6a至6e中看到，外部輪廓44.1，44.2，44.3，44.4，44.5還可以是圓形的(圖6a)，橢圓形的(圖6b)，菱形的(圖6c)，三角形的(圖6d)或腎形的(圖6e，僅由一個(gè)環(huán)形扇形塊表示)。
權(quán)利要求
1.電機(jī)(10)，其包括平型換向器(28)和電刷夾(32)，所述平型換向器具有帶平的扇形接觸條(76)的端面，所述電刷夾將用彈簧加載的電刷(30)保持在容器(34)的豎筒內(nèi)和所述電刷夾在所述容器(34)中在對(duì)著所述平型換向器(28)的底側(cè)面上具有開口，所述電刷(30)從這些開口中突出和與所述平型換向器(28)的所述端面的扇形接觸條(76)接觸，其特征在于，所述彈簧是渦簧(40)，其利用鉤子(38)懸掛在懸掛機(jī)構(gòu)(36)上，所述懸掛機(jī)構(gòu)從側(cè)面構(gòu)造在所述容器(34)上，和所述懸掛機(jī)構(gòu)(36)設(shè)置在與所述平型換向器(28)的所述平的端面平行地和相間地延伸的一個(gè)平面中。
2.電機(jī)(10)，其包括平型換向器(28)和電刷夾(32)，所述平型換向器具有帶平的扇形接觸條(76)的端面，所述電刷夾將用彈簧加載的電刷(30)保持在容器(34)的豎筒內(nèi)和所述電刷夾在所述容器(34)中在對(duì)著所述平型換向器(28)的底側(cè)面上具有開口，所述電刷(30)從這些開口中凸出和與所述平型換向器(28)的所述端面的扇形接觸條(76)接觸，其特征在于，所述彈簧是渦簧(40)，其利用鉤子(38)懸掛在懸掛機(jī)構(gòu)(36)上，所述懸掛機(jī)構(gòu)從側(cè)面構(gòu)造在所述容器(34)上，和在所述懸掛機(jī)構(gòu)(36)旁邊延伸有橫向穿過所述容器(34)的所述豎筒的板條(39)，從而所述電刷(30)的桿部(42)在各側(cè)面上被導(dǎo)向。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)(10)，其特征在于，所述電刷夾(32)具有用于至少一個(gè)具有流線型外部輪廓(44，44.1，44.2，44.3，44.4，44.5)的電刷(30)的容器(34)。
4.按照前述權(quán)利要求中之一所述的電機(jī)(10)，其特征在于，所述容器(34)兩端是敞開的。
5.按照前述權(quán)利要求中之一所述的電機(jī)(10)，其特征在于，所述電刷(30)以大于1的因子，優(yōu)選以1.3的因子覆蓋平型換向器的換向器扇形條(76)。
6.按照前述權(quán)利要求中之一所述的電機(jī)(10)，其特征在于，所述電刷(30)包括桿部(42)，所述桿部具有帶外部輪廓(44)的橫截面(46)，其中所述外部輪廓(44，44.1，44.2，44.3，44.4，44.5)是流線型的。
7.按照權(quán)利要求6所述的電機(jī)(10)，其特征在于，至少一個(gè)第一和第二縱向側(cè)面(48，50)相互間以第一間距平行地延伸，其中所述第一縱向側(cè)面(48)的寬度大于所述第二縱向側(cè)面(50)的寬度，所述第一和第二縱向側(cè)面(48，50)與垂直穿過所述第一和第二縱向側(cè)面(48，50)的平面(64)對(duì)稱地布置，第三和第四縱向側(cè)面(52，54)與所述平面(64)對(duì)稱地和優(yōu)選平行地并且相互間以第二間距進(jìn)行延伸和在所述第一縱向側(cè)面(48)和所述第三縱向側(cè)面(52)之間構(gòu)成第一斜面(56)以及在所述第一縱向側(cè)面(48)和所述第四縱向側(cè)面(54)之間構(gòu)成第二斜面(58)。
8.按照權(quán)利要求7所述的電機(jī)(10)，其特征在于，所述第三和第四縱向側(cè)面(52，54)長度相同并短于所述第二縱向側(cè)面(50)和/或所述第一和第二斜面(56，58)寬于所述第三和第四縱向側(cè)面(53，54)和/或所述第一和第二斜面(56，58)夾成與所述平面(64)對(duì)稱布置的第一角(66)。
9.按照權(quán)利要求7或8所述的電機(jī)(10)，其特征在于，在所述第二縱向側(cè)面(50)和所述第三縱向側(cè)面(52)之間構(gòu)成第三斜面(60)以及在所述第二縱向側(cè)面(50)和所述第四縱向側(cè)面(54)之間構(gòu)成第四斜面(62)和所述第三和第四斜面(60，62)寬于所述第三和第四縱向側(cè)面(53，54)和所述第三和第四斜面(60，62)優(yōu)選夾成與所述平面(64)對(duì)稱布置的第二角，其中由所述第一和第二斜面(56，58)構(gòu)成的所述第一角(66)優(yōu)選小于由所述第三和第四斜面(60，62)構(gòu)成的所述第二角。
10.按照權(quán)利要求6所述的電機(jī)(10)，其特征在于，所述外部輪廓(44.1，44.2，44.3，44.4，44.5)是圓形的、橢圓形的、菱形的、三角形的或腎形的。
11.按照前述權(quán)利要求中之一所述的電機(jī)(10)，其特征在于，在所述電刷(30)的背離接觸面(68)的端面(70)上構(gòu)造有用于所述渦簧(40)的斜面(72)，其優(yōu)選與所述平面(64)夾成小于90°的角。
12.燃料泵，其包括按照前述權(quán)利要求中之一所述的電機(jī)。
全文摘要
提供一種電機(jī)(10)，其包括平型換向器(28)和電刷夾(32)，所述平型換向器具有帶平的扇形接觸條(76)的端面，所述電刷夾將用彈簧加載的電刷(30)保持在容器(34)內(nèi)并且所述電刷夾在所述容器(34)中在對(duì)著所述平型換向器(28)的底側(cè)面上設(shè)有開口，所述電刷(30)從這些開口中凸出和與所述平型換向器(28)的所述端面的扇形接觸條(76)接觸，其中所述彈簧是渦簧(40)，其利用鉤子(38)懸掛在懸掛機(jī)構(gòu)(36)上，所述懸掛機(jī)構(gòu)從側(cè)面構(gòu)造在所述容器(34)上，和其中所述懸掛機(jī)構(gòu)(36)設(shè)置在一個(gè)平面中，該平面與所述平型換向器(28)的所述平的端面平行地和相間地延伸。其優(yōu)點(diǎn)是優(yōu)化了帶有平型換向器的小型直流電動(dòng)機(jī)的效率。
文檔編號(hào)H01R39/06GK101040419SQ200580035217
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2005年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月22日
發(fā)明者A·紐鮑爾, A·皮爾森, P·喬默特 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司