專利名稱：電動機的電刷組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電動機的電刷組件，具體涉及一種給一個例如裝在一個帶有碳整流子的、低電壓應(yīng)用的電動機中的、具有預(yù)期的低磨耗的短電刷提供穩(wěn)定電刷位置的電刷組件。
公知的電刷組件一般分屬兩個主要類型，或者是安裝在簧片臂上的電刷，或者是諸如籠型電刷那樣的受導(dǎo)引的電刷。簧片電刷結(jié)構(gòu)簡單，但是在要考慮電噪聲的問題時，受導(dǎo)引的電刷就比較優(yōu)越了。電噪聲的一個來源是在電刷在整流子或集流環(huán)的路徑上遇到不規(guī)則部位時產(chǎn)生的電刷側(cè)向漂移與跳動?；善娝⒃谡髯颖砻嫔喜粩嗟刈儞Q位置，用受導(dǎo)引的電刷組件就可以將這個因素降低到最小。
用于具有整流子的電動機的公知的受導(dǎo)引電刷組件包含一個用于跟整流子滑動接觸的電刷、一個電刷接線端子、一個用于驅(qū)使電刷跟整流子接觸的電刷彈簧和用于將電刷導(dǎo)向整流子的電刷導(dǎo)引裝置。
電刷導(dǎo)引裝置通常是一個在四邊圍繞著電刷并與電刷成松動滑動配合的籠狀件。這種籠狀件在鄰近整流子部位具有一個開口端，電刷彈簧將電刷推離另一端。由于彈簧和籠狀件、特別在低電壓應(yīng)用場合下都不能跟電刷有滿意的電接觸，這就需要有一個電刷尾巴或分路來將電刷電連接到電刷接線端子上。
籠狀電刷組件的電刷通常是長電刷。這種電刷的使用情況是，在電動機的整個使用壽命中，預(yù)期電刷有顯著的磨耗，彈簧長到能在預(yù)期磨耗范圍內(nèi)提供一個恒定的彈簧力。電刷分路通過埋入電刷的背離整流子的一端(非工作端)而連接到電刷上。在電刷壽命終了時，分路不應(yīng)外露，因為分路與整流子接觸將會損害整流表面。這樣的連接結(jié)構(gòu)要占去電刷一個不小的部分。這種情況一般是可以接受的，因為籠狀件本身需要電刷有一個最小長度(固定連接長度)來確保避免會導(dǎo)致電刷卡住以致不能提供跟整流子的滿意接觸的電刷與籠狀件的不對中。可以意識到這樣一種結(jié)構(gòu)要求組件有一個相當大的體積。
因此，在要求低噪聲、低磨耗的場合，一個籠狀電刷組件要求電刷有一個超出預(yù)期磨耗長度的長度。標準的簧片電刷結(jié)構(gòu)不適用于有低噪聲要求的場合，因為它要求有一個越長越好的電刷臂來提供一個恒定的彈簧力。雖然這種結(jié)構(gòu)可以滿意地使用短電刷，但是它的固有的不穩(wěn)定性導(dǎo)致顯著的噪聲。
GB0345523A描述了一種受導(dǎo)引的電刷組件，其電刷被一個圍繞著一個將電刷連接到電刷組件的構(gòu)架的銷栓設(shè)置的螺旋彈簧推向整流子。一個彎板彈簧設(shè)置在電刷的側(cè)邊上以防止電刷周向圍繞整流子的表面運動。這種結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的，它需要一個螺旋彈簧、一個帶有埋入分路的電刷、一個固定到電刷的端頭上的銷栓、一個電刷組件構(gòu)架和一個分立的電刷接線端子。
因此需要有一種能夠使用適用于要求低噪聲的場合的短電刷并提供一個穩(wěn)定的或比較穩(wěn)定的電刷位置的電刷組件。
本發(fā)明就是要至少是減少公知電刷組件的缺點，因此本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提供穩(wěn)定的或比較穩(wěn)定的電刷位置的電刷組件。
本發(fā)明的目的通過提供一個帶有一個包含跟一個孔配合來將電刷導(dǎo)向整流子或集流環(huán)的導(dǎo)銷的電刷導(dǎo)引裝置的電刷組件來實現(xiàn)。
因此，本發(fā)明提供的電刷組件包含一個電刷、一個電刷接線端子、一個用于驅(qū)使電刷跟整流子接觸并將電刷電連接到電刷接線端子的彈簧、和一個包括跟一個導(dǎo)孔配合來將電刷導(dǎo)向整流子的導(dǎo)銷的電刷導(dǎo)引裝置。
最好設(shè)有防止電刷圍繞導(dǎo)銷轉(zhuǎn)動的裝置。這可以最方便地用彈簧來提供。
該彈簧最好是一個由一條帶彈性的導(dǎo)電材料帶成形的電刷簧片，它具有兩個固定到電刷接線端子的端頭和一個安裝電刷的中間部分，彈簧因而成形成一個環(huán)圈。
成環(huán)圈狀的片彈簧通過將其“自由”端“固定住”而提供了一個與通常的或浮動式簧片電刷組件相比是比較穩(wěn)定的電刷位置。通過將兩個端頭固定到一個共同點-電刷接線端子上，結(jié)構(gòu)就可以由于組件能夠在安裝到電動機的端蓋或刷握之前完成裝配而簡化了。通過精確地安裝電刷接線端子，使電刷組件精確地放置就位。
可以方便地將成環(huán)圈狀的電刷簧片成形成一個理想的永久性固定的形狀，使簧片的每個半部形成一個U形，雖然可以設(shè)想包括V形半部或不定形簧片在內(nèi)的其它結(jié)構(gòu)。
如果電動機是雙向驅(qū)動的，將簧片相對于一個橫向平面對稱布置可能是一個優(yōu)點，而在單向驅(qū)動的電動機中?；善囊粋€半部比另一半部強一些或短一些來在電刷上提供不均勻的偏置，以影響電動機的工作特性或者抵消由整流子等對電刷的牽制效應(yīng)。
彈簧并非必要成環(huán)圈形，因為導(dǎo)引裝置將會維持電刷的取向和位置。彈簧可以是片狀彈簧，也可以類似于如上所述的環(huán)圈狀簧片的一半，永久定形或非永久定形都可以。彈簧因而作用在電刷上，驅(qū)使電刷沿導(dǎo)銷的軸向運動。但是，環(huán)圈狀電刷簧片還是優(yōu)選的，因為在實施例中，在使用時加在導(dǎo)銷上的力是基本上是橫向地由整流子與電刷之間的牽制產(chǎn)生的。
最好是，導(dǎo)孔成形在電刷內(nèi)，并且導(dǎo)銷的一端牢固地固定在電刷接線端子上，導(dǎo)銷在導(dǎo)孔內(nèi)平滑地滑動配合。
在電刷的在使用時導(dǎo)銷的自由端所處的部位最好留有一個空位。這個空位避免導(dǎo)銷的自由端端頭跟導(dǎo)孔的內(nèi)表面接觸，從而避免了擦傷導(dǎo)孔。這個空位可以是導(dǎo)孔內(nèi)的一個擴孔的形式或者甚至是橫跨底部成形的槽口。
這樣成形的槽口具有一個額外的優(yōu)點，提供一個方便的方法來在插入整流子時抬起電刷。它還能提供一個對電刷磨耗的快速視覺指示。它還通過提供第一與第二周向分隔開設(shè)置的整流子接觸部分而提供一個在電刷設(shè)計理論中有一定優(yōu)點的增大的跨刷電阻。
跨刷電阻是在電刷的一個整流子接觸面與另一個整流子接觸面之間、或在電刷的接觸表面的前沿與后沿之間測得的電刷電阻。通流電阻是在電刷的接觸表面與電刷連接器(簧片或分路)之間測得的電刷電阻，即通過電刷的電流路徑上的電阻。不幸的是，最大整流通常發(fā)生在電刷基本上相等地跨接著兩個整流子節(jié)段的一點上，導(dǎo)致在電刷內(nèi)跨有大的短路電流。通過增大跨刷電阻，就能夠減小這種短路效應(yīng)和隨后的在電刷從一個節(jié)段轉(zhuǎn)移到另一節(jié)段時發(fā)生的火花。但是，在試圖增大跨刷電阻時，必須將通流電阻維持盡可能地低，因為這會影響電動機的功率。
在電刷用在單向轉(zhuǎn)動電動機的情況下，第一接觸部分可具有一個比第二接觸部分大的橫截面面積，以進一步增大跨刷電阻。
因此，這種結(jié)構(gòu)可以使跨刷電阻增大而完全不需要使用不同材料的分段。
通過將電刷的底部成形成V形，電刷跟整流子將有兩條接觸線。如果V形選擇成使接觸線位于電刷的外沿與V形的臂的中點之間，就會由于具有寬的底部而形成穩(wěn)定的電刷接觸。但是，如果接觸線靠近V形的臂的中點，電刷的前沿就不需倒棱來避免擦傷整流子節(jié)段的邊緣。
導(dǎo)銷可以是空心的。這使導(dǎo)銷能夠用來實現(xiàn)額外的功能，例如為電刷/整流子潤滑劑提供一個通道，或者支撐一條光導(dǎo)纖維靠近整流子表面，等等。這樣支撐著的光導(dǎo)纖維可以與一個位置監(jiān)測器結(jié)合來對多節(jié)段電動機的節(jié)段進行計數(shù)，或與一個紅外溫度探測器結(jié)合來監(jiān)測整流子表面的溫度。
電刷簧片最好在其條帶上在其固定到電刷接線端子的一個端頭與電刷安裝部位之間開有一條槽或一系列的孔。該槽可以是一個封閉的槽孔或者是一個開口的槽口、即將該端頭分開成兩部的槽口。對于成環(huán)圈狀的電刷簧片，可以在簧片的兩個半部上都開槽。這些槽是用來降低彈簧的應(yīng)力和用來解除電刷彈簧的在簧片成形或安裝時產(chǎn)生的、可能導(dǎo)致電刷扭曲的內(nèi)應(yīng)力。但是，電刷簧片的橫截面面積必須足以承載由電刷承載的、電動機的預(yù)期最大電流。
簧片可以成形有一個可脫開地跟電刷接線端子接合以將電刷卡接在回縮位置的指形件。這指形件使電刷能夠在電動機進行裝配時、至少在轉(zhuǎn)子裝到端蓋上時被卡持在回縮位置上，使電刷被卡持著離開整流子，隨后再放開來跟整流子接合。這就不需要采用其它的將電刷抬起的技術(shù)裝置。指形件可以用電刷簧片的切出以形成槽口的那部份材料來成形?？梢栽O(shè)置兩個或多個這樣的指形件，雖然可以看出一個已經(jīng)足夠。
本發(fā)明的優(yōu)選電刷組件將結(jié)合附圖作為示例進行描述。在附圖中，

圖1是本發(fā)明的一個電刷組件的圖解示意圖;
圖2是裝到一個以剖視形式示出的端蓋上的圖1的電刷組件的俯視圖;
圖3是類同于圖2所示的、改型電刷組件的俯視圖;
圖4是帶有電刷的彈簧的未安裝前的透視圖;
圖5是類同于圖1的、具有一個電刷閂鎖裝置的電刷組件的示意圖;
圖6是一個用于本發(fā)明的電刷組件上的改型電刷的說明示意圖。
如圖1與圖2所示，優(yōu)選電刷組件10具有一個設(shè)置來跟一個整流子(或集流環(huán))11滑動接觸的電刷20、一個大致是平板狀的電刷接線端子30、和一個不但驅(qū)使電刷跟整流子接觸而且還將電刷跟電刷接線端子30連接的彈簧40。
電刷導(dǎo)引裝置包含一個具有一個壓入成形在電刷接線端子30上的凸臺31內(nèi)的固定端52和一個自由端53的導(dǎo)銷51。導(dǎo)銷51跟成形在電刷內(nèi)的導(dǎo)孔21配合來將電刷導(dǎo)向整流子11。導(dǎo)銷51在導(dǎo)孔21內(nèi)平滑地滑動配合以將電刷穩(wěn)定地就位在整流子上。
導(dǎo)銷可以是空心的。在圖2中示出導(dǎo)銷51帶有一個軸向通孔90。由于這個孔提供一個貼近整流子表面而不怕在電氣上弄臟電刷或整流子的穩(wěn)定的位置，這個孔可具有很多用途。這些用途可包括給用于提供整流子與電刷之間的潤滑的整流子潤滑劑提供一個通路。這是可能的，因為導(dǎo)銷的端頭貼近整流子表面。另一個用途是提供一個用來將一條光導(dǎo)纖維貼近整流子的表面安裝的裝置，這條光導(dǎo)纖維，配合合適的控制線路，可以用來監(jiān)測轉(zhuǎn)子的角位置、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)與/或整流子的表面溫度。
橫跨著電刷的底部23形成有一個槽口22以提供一個通道給在電動機裝配過程中使用的抬起抓手，該抬起抓手用來在端蓋裝到轉(zhuǎn)子上時將電刷抬起離開整流子。該槽口還提供一個目視的磨耗指示器。在使用中，導(dǎo)銷51的自由端53將處在此槽口內(nèi)以避免擦傷導(dǎo)孔21的內(nèi)部。
電刷20的底部23呈V形，V形的頂點與槽口22重合。這種結(jié)構(gòu)通過電刷與整流子之間提供兩個分隔開設(shè)置的、很快磨合成兩個接觸區(qū)域的接觸線15而提供穩(wěn)定的電刷接觸。
在電刷的頂部設(shè)有一個穿過一個電刷安裝孔45將電刷固定到電刷彈簧40的單一的城堡狀部份24，如圖4所示。坡口25有助于電刷穿過安裝孔。
彈簧40是一個由一條諸如鈹青銅的彈性導(dǎo)電材料的長條帶41成形的電刷簧片。該彈簧可以是雙邊的，即成形成一個其兩個端頭42、43連接到電刷接線端子上的環(huán)圈，如圖1與圖2所示，或者如圖3所示那樣只有一個端頭42連接到電刷接觸端子上面而另一端頭43懸空的單邊結(jié)構(gòu)。
在被固定的端頭上設(shè)有用于通過鉚接將彈簧固定到電刷接線端子30上的孔49。電刷成形孔45成形在中間部位44上?？椎倪吘壭纬捎袔椥缘耐蛊?6，這些凸片在電刷推入孔內(nèi)后將其城堡狀部分24抓緊以形成電接觸并阻止電刷退出。
沿著條帶的鄰近安裝孔45的邊緣形成有筋48以加固與加硬由于設(shè)置了安裝孔而大大地削弱了強度的部位。
圖2中的彈簧在兩邊上、在電刷安裝孔45與端頭42、43之間開有槽口47。這些槽口47解除了可能導(dǎo)致彈簧扭曲從而導(dǎo)致電刷扭曲的內(nèi)應(yīng)力。這些槽口還可以改變彈簧的彈力，可以按特定應(yīng)用場合的要求選擇槽口的尺寸來改變彈簧的彈力。但是，簧片的橫截面面積必須足以承載由電刷承載的所期望的最大電流。槽口可以是如圖2與圖3所示的那樣是封口的，或者是如圖4所示那樣是開口的，形成的分叉的端頭42、43。圖3中的單邊彈簧只具有一個在電刷安裝孔45與接線端頭42之間的槽孔。
電刷接線端子呈平板狀，帶有一個用于接納導(dǎo)銷51的固定端52的凸臺31。該接線端子還具有用于將彈簧40鉚接到其上的短銷32。
在圖2所示的實施例中，電刷接線端子30伸入電動機的端蓋12內(nèi)并鎖定在其內(nèi)。倒鉤33與端蓋配合以防止接線端子脫出。接線槽口34設(shè)置在接線端子的插入端蓋內(nèi)以跟在端蓋內(nèi)的導(dǎo)線35接合并實現(xiàn)電接觸的一端上，這些導(dǎo)線可以用于將電刷接線端子連接到電動機接線端子(內(nèi)接線端子或外接線端子)，或者可以是其它的電動機部件、諸如扼流圈、電容器或熱敏開關(guān)的引線。
圖3示出另一種接線端子結(jié)構(gòu)，電刷接線端子直接穿出端蓋12，形成一個電動機外接線端子36。
電刷接線端子與端蓋之間的連接的任何松動都影響電刷位置的穩(wěn)定性。
圖5示出一個類同于圖1所示的電刷組件的電刷組件。此電刷組件10具有一個附加的電刷閂鎖裝置60。該閂鎖裝置60包含一個成形在彈簧40上的指形件61。該指形件61由從條帶41切裁槽口47所得出的材料形成。
指形件61具有一個設(shè)置來在彈簧由于電刷20被壓貼電刷接線端子30而被完全壓縮時跟電刷接線端子30接合的遠端。如圖5所示，該遠端具有一個臺階62，該臺階可卡在電刷接線端子的上表面上、或在彈簧的端頭沒有分叉開的情況下卡在彈簧本身的端頭上，以將彈簧、從而將電刷卡持在回縮位置上。
臺階62前面有一個斜坡部分63，該斜坡部分63跟電刷接線端子30配合，在電刷接線端子30跟斜坡部分63接觸時開始將指形件61推向左邊，直到該臺階62越過了接線端子30為止，此時指形件61彈性地向右彈回將電刷組件閂鎖在回縮位置上。通過將指形件61向左推動、直到臺階62脫離電刷接線端子30，電刷組件就脫離閂鎖狀態(tài)，彈簧40就能促使電刷20離開電刷接線端子30。
在端蓋可設(shè)有未示出的孔給一根棒或工具提供進入通道以推動指形件61來放開電刷組件。指形件61可以隨時準備在例如維修期間需要電刷完全回縮時再將電刷組件閂鎖住，或者，在不再需要進行閂鎖時可使指形件61永久變形，使閂鎖裝置60不再起作用，使指形件不再跟接線端子摩擦。
在圖6中示出一種改進型電刷70的側(cè)視圖。這種電刷的結(jié)構(gòu)可增大跨刷電阻而不明顯增大通流電阻。通過用一個槽口73來將電刷的跟整流子接觸的底部分成一個第一整流子接觸部分71和一個第二整流子接觸部分72來實現(xiàn)這個方案。該槽口73平行于整流子的縱向軸線伸展，使第一部分71與第二部分72在圓周上分隔開的位置上跟整流子11接觸。在這個結(jié)構(gòu)中，跨刷電流沿其長度幾乎是法向電流路徑76的長度的兩倍的路徑流動，雖然在實踐中可能有同樣長度的路徑。這將顯著地增大跨刷電阻。
對于那些只沿一個方向、例如沿箭頭79的方向轉(zhuǎn)動的電動機，第一部分71的橫截面面積可以如圖所示地大于第二部分72的橫截面面積，這樣來進一步增大跨刷電阻。因此，當電刷70從跟整流子節(jié)段78接觸移動到跟整流子節(jié)段78′接觸時，電動機電流被饋送到整流子節(jié)段78′，此時節(jié)段78與78′之間的短路電阻就顯得重要了。
權(quán)利要求
1.一種用于具有一個整流子的電動機的電刷組件，該電刷組件包含有一個電刷(20)；一個電刷接線端子(30)；一個用于驅(qū)使電刷(20)跟整流子(11)接觸的彈簧(40)；和一個用于將電刷(20)導(dǎo)向整流子的電刷導(dǎo)引裝置；其特征在于彈簧(40)將電刷(20)電連接到電刷接線端子(30)上；并且電刷導(dǎo)引裝置包含一個跟一個導(dǎo)孔(21)配合來將電刷(20)導(dǎo)向整流子(11)的導(dǎo)銷(51)。
2.按權(quán)利要求1所述的電刷組件，其特征在于導(dǎo)孔(21)形成在電刷(20)內(nèi)，導(dǎo)銷(51)具有一個固定在一個形成在電刷接線端子(30)上的一個凸臺(31)內(nèi)的第一端(52)和一個第二端(53)，導(dǎo)銷在導(dǎo)孔內(nèi)平滑地滑動配合。
3.按權(quán)利要求2所述的電刷組件，其特征在于在電刷的在使用時導(dǎo)銷(51)的自由端(53)所處的部位上留有一個空位。
4.按照權(quán)利要求1所述的電刷組件，其特征在于它還包含防止電刷(20)圍繞導(dǎo)銷(51)轉(zhuǎn)動的裝置。
5.按權(quán)利要求1所述的電刷組件，其特征在于彈簧(40)是一個由一條帶彈性的導(dǎo)電材料帶(41)成形的電刷簧片，它具有兩個端頭(42、43)和一個中間部分(44)，其兩端(42、43)固定到電刷接線端子(30)上以形成一個環(huán)圈，其中間部分固定到電刷(20)上。
6.按權(quán)利要求5所述的電刷組件，其特征在于電刷簧片具有兩個分別形成在中間部分與端頭(42、43)之間的槽(47)。
7.按權(quán)利要求6所述的電刷組件，其特征在于槽(47)伸展到端頭(42、43)以形成分叉的端頭。
8.按權(quán)利要求5所述的電刷組件，其特征在于電刷簧片是對稱的。
9.按權(quán)利要求5所述的電刷組件，其特征在于彈簧(40)具有一個可脫開地跟電刷接線端子(30)接合以將電刷(20)卡持在回縮位置的指形件(60)。
10.按權(quán)利要求2所述的電刷組件，其特征在于導(dǎo)銷(51)是空心的。
11.按權(quán)利要求1所述的電刷組件，其特征在于電刷(20)具有一個在電刷的底部與整流子(11)之間提供兩條接觸線(15)的V形的底部(23)。
12.按權(quán)利要求1所述的電刷組件，其特征在于電刷(20)由單一的組分構(gòu)成并通過一個槽口(73)分成一個第一整流子接觸部分(71)和一個第二整流子接觸部分(72)，使第一與第二接觸部分在使用時跟整流子(11)在圓周上分隔開的位置上接觸。
13.按權(quán)利要求12所述的電刷組件，其特征在于第一整流子接觸部(71)的橫截面面積比第二整流子接觸部分(72)的為大。
全文摘要
一種用于電動機的電刷組件，它具有一電刷(20)、一電刷接線端子(30)和一電刷彈簧(40)。電刷彈簧用一長條帶彈性的導(dǎo)電材料帶(41)制成并以其端頭固定到電刷接線端子上以形成一個其中間部分固定到電刷上以將電刷電連接到電刷接線端子上并驅(qū)使電刷跟電動機的整流子接觸的環(huán)圈。將電刷導(dǎo)向整流子的電刷導(dǎo)引裝置具有一個其一端(52)固定到電刷接線端子上并與形成在電刷內(nèi)的導(dǎo)孔(21)配合來限定電刷在整流子(11)上的位置的導(dǎo)銷(51)。
文檔編號H01R39/38GK1090432SQ9312127
公開日1994年8月3日 申請日期1993年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月22日
發(fā)明者G·斯特羅布爾 申請人:德昌電機股份有限公司