專利名稱：電刷組合件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電機的電刷組合件，更具體地說是涉及一種用于小型直流電機的，與一種正溫度系數(shù)的熱敏電阻相結(jié)合的電刷組合件。
利用開關(guān)器件，無論是機械式開關(guān)，例如雙金屬片開關(guān)，還是諸如正溫度系數(shù)器件(PTCs)，特別是陶瓷型或聚合物型的正溫度系數(shù)熱敏電阻對電機進(jìn)行過電流和/或過溫保護(hù)是公知的技術(shù)。
在低電壓或超低電壓直流電機中，利用PTCs作為熱開關(guān)或電流開關(guān)更是眾所周知的。在其操作溫度上電阻迅速上升以及它的自加熱和自重置性質(zhì)使它十分理想。這些器件可以安裝在電機外部，然而新型的設(shè)計要求電機外部取消不必要的障礙物。因此，PTCs一般被安裝在電機內(nèi)部，最好安裝在電機端子和電刷之間的電氣端蓋內(nèi)，當(dāng)然安裝轉(zhuǎn)子或其它地方也是可以的。由于電機尺寸減小，放置PTC變得更加嚴(yán)格，導(dǎo)致產(chǎn)生各種各樣設(shè)計，例如參見英國專利申請GB2222730A，GB2244868A和歐洲專利申請EP0453575A。
EP0453575A描述了在一種小型直流電機中采用一種樹脂型PTC熱敏電阻的方案，其中PTC是同轉(zhuǎn)子繞組相串聯(lián)的。它描述了多個實施例，其中包括一個將PTC放置于電機的端子和電刷臂之間的實施例。該PTC可以認(rèn)為是用一種導(dǎo)電粘結(jié)劑樹脂固定在端子和電刷臂上的。
基于對粘結(jié)劑的價格，電阻水平及使用和固化粘結(jié)劑所需時間的考慮，在小型電機端蓋中最好避免使用導(dǎo)電粘結(jié)劑。同時，為了避免粘結(jié)劑固化前，處理端蓋時造成對其它部件污染的可能性，最好也應(yīng)避免在小型電機端蓋中使用任何粘結(jié)劑。
采用在端蓋上開槽，將PTC楔住在端子和電刷臂之間以形成電連接的方式，因為PTCs特別是樹酯基的PTCs沒有精確固定的厚度，因而不可能滿足生產(chǎn)的要求。所以盡管可以在塑膠材料的端蓋上形成精確的槽孔，端子和電刷臂的厚度也可以被精確的控制，但端子、PTC和電刷臂組合件的厚度是不精確或不恒定的，結(jié)果可能由于過松以致PTC滑落，或者至少使端子和電刷臂無法保持合適的電接觸，也可能由于過緊以致PCT被壓碎，導(dǎo)致PTC的工作性能不穩(wěn)定，無法預(yù)測或不可接受。
本發(fā)明的目的是要提供一個用PTC保護(hù)電機的簡單的替代方法，或者至少給公眾提供一種有用的選擇。
這是通過提供一種電刷組合件來實現(xiàn)的，其中電刷架、電機端子和PTC至少形成一個層疊組的部分疊層并被彈性夾持工具夾持在一起。
因此，本發(fā)明提供一種用于電機的電刷組合件，它包括一個電刷臂，該臂具有一個同換向器保持滑動接觸的頂部；一個電刷架，用來支承電刷臂；一個電機端子和一個PTC，它使電機端子與電刷架形成電連接，其中電刷架、電機端子和PTC至少形成一個層疊組，的部分疊層并被彈性夾具夾持在一起。
電刷臂的頂部可以裝配有一個電刷，用來與換向器接觸，也可以由該頂部直接與換向器接觸。在后一種情況下，電刷臂頂部可能被整形或涂覆而形成換向器接觸部分，也可以將該頂部分裂成多個指狀物，每一個都具有如前已知的換向器接觸部分。
電刷架和電刷臂可以被整體形成，但是為了將電刷臂延長，通過焊接或膨脹鉚釘將電刷架連接到電刷臂的近端也是很普通的。
彈性夾具最好包括一個與端蓋整體形成的彈性指狀物，它與在端蓋上形成的一個凹槽相配合用于裝在電刷組合件，層疊組件被放置在凹槽中并被夾緊在指狀物和凹槽的一面墻之間。
此外，在指狀物的自由端可以形成一個凸唇，該凸唇被設(shè)計成至少可以卡住住層疊組的一部分，以制止層疊組件從凹槽中脫出。
上述彈性夾具也可以用一個彈簧夾子替代，該夾子可以是導(dǎo)電的，也可以是不導(dǎo)電的。當(dāng)彈簧夾是不導(dǎo)電的，它可以直接夾在端子和電刷架上，PTC被夾在其間并與端子和電刷架電接觸。
當(dāng)彈簧夾是導(dǎo)電體的，層疊組件可以包括有一個絕緣部件，彈簧夾壓在絕緣部件上并再壓在端子或電刷架的任一個上，將層疊組夾緊在一起，而PTC放置在端子和電刷架之間并與它們保持電接觸。
另一種替代辦法，彈簧夾可以和端子或電刷架中的任一個整體形成，并直接夾在絕緣體和PTC上把層疊組夾緊在一起，PTC使端子和電刷架形成電連接。
絕緣部件最好是端蓋內(nèi)部形成的一道壁，該壁用于安裝電刷組合件，并設(shè)計成能至少精確地確定電機端子或電刷架之一在端蓋內(nèi)的位置。
彈性夾具的回彈力有利于適應(yīng)PTC厚度上較大的偏差，同時又易于保證PTC和電機端子及電刷架之間保持合適的接觸壓力。采用在端蓋上形成的圍壁，同時使電機端子和電刷架位于該圍壁的相對側(cè)，可以確保端子和電刷架處于端蓋內(nèi)的精確位置上，而不必考慮PTC厚度的變化。電機端子?？赡苄枰_定位，以保證與安裝它的裝置有正確的接線，同時電刷架也需要在端蓋內(nèi)精確定位，以保證它同換向器在正確的位置接觸，進(jìn)行合適的換向。
在某些情況下，將PTC低溫焊接到電機端子或電刷架上可能有好處。這不但能為強振或耐久性應(yīng)用提供附加的安全性，而且在生產(chǎn)中可以在進(jìn)入裝配線以前將PTC焊接在其它部件上，以減少裝配線上要裝入端蓋的散件的數(shù)目。
在強振動或潛在的高腐蝕性應(yīng)用場合，要求在端子、電刷架和夾子相互接觸和/或與PTC接觸的區(qū)域鍍錫或涂以焊料。通常在PTC端子的表面涂有鎳層，從而提供合適的抗腐蝕保護(hù)。
本發(fā)明提供了一種結(jié)合有上面描述過的電刷組合件的小型電機。
下面借助例子(只是例子)并參照


本發(fā)明的最佳實施方案。
圖1是一個小型永磁直流(PMDC)電機的部件分解圖，該電機采用了本發(fā)明；圖2顯示了一個裝有按照本發(fā)明的電刷組合件的電機端蓋；圖3是順著圖2中的切割線III-III方向上的部分截面圖，表示了電刷組合件與端蓋之間的連接情況；圖4是代表圖2中的電刷組合件的部件分解圖；圖5畫出了另一個實施方案的局部戴面圖，其中電刷組合件包括有一個不導(dǎo)電的夾子；圖6是同圖5相似的局部截面圖，其中的電刷組合件包含有一個導(dǎo)電的夾子；圖7同圖6相似，其中的導(dǎo)電夾子是作為電機端子的一部分形成的；圖8同圖6相似，其中的導(dǎo)電夾子是作為電刷架的一部分形成的；圖9同圖7相似，其中的電機端子是作為插孔端子形成的。
圖1顯示了一個小型永磁式直接電機。該電機具有一個轉(zhuǎn)子31和一個深罐型的外殼32，它被一個塑膠材料的端蓋33封閉。外殼上裝有永久磁鐵34形成定子，外殼的端壁36中裝有軸承35。端蓋也帶有軸承35，并裝有兩個電刷組合件25及45，每個都包括有電機端子37(僅示出一個)，電刷架38，電刷彈簧片39和石墨電刷40。轉(zhuǎn)子包括一根軸41，它支承在軸承35中并具有一個換向器42和一個繞制的電樞43安裝在軸上。電樞43包括一個薄鋼片的層疊件，轉(zhuǎn)子繞組44圍繞該層疊件的多個臂繞成。繞組44同換向器42相連接。電能被傳送到電機端子37之間并經(jīng)過與換向器42相接觸的電刷組合件傳送到轉(zhuǎn)子繞組44中。
通常，電刷組合件可能是相同的，電機端子通常是電刷組合件的必備部分。電刷組合件常常還具有一個電刷彈簧片或稱電刷臂39，它是由導(dǎo)電的彈性材料，諸如銅鈹合金制成的。電刷架38固定在電刷臂的一端，支承電刷臂。電刷架38是由較剛性的材料諸如黃銅制成的。電刷組合件還包括一個換向器接觸部分，它可以是一個碳刷40或安裝在電刷臂頂部的類似物，也可以直接是電刷臂的一部分，該部分適于直接和換向器42接觸。
這些描述得很多的結(jié)構(gòu)在該技術(shù)領(lǐng)域是眾所周知的。然而，圖1中的電機端蓋具有一個標(biāo)準(zhǔn)的電刷組合件25和一個包括有一個PTC的電刷組合件。該PTC電刷組合件以45表示，盡管就說明的目的而言，僅圖2和圖3中顯示的是相似的，但描述的任何實施方案都可能采取這種形式。
圖2和圖3顯示了將該電刷組合件45安裝到電機上，更具體地說是按裝到端蓋33內(nèi)表面上的一種方案。圖2表示了端蓋的內(nèi)表面，而圖3是順著圖2的III-III線截取的局部截面圖，顯示了電刷組合件在端蓋內(nèi)是如何安裝和固定的。為了便于解釋，電機外殼32和換向器42的一部分也表示在圖中。
圖2中的端蓋裝有兩組電刷組合件。一是25，它是一個標(biāo)準(zhǔn)電刷組合件，另一是45，它是一個按照本發(fā)明的電刷組合件。電刷組合件45包含有一個正溫度系數(shù)的元件46，例如正溫度系數(shù)的熱敏電阻或類似器件，一般稱作PTC。最佳的元件是一種導(dǎo)電聚合物即由Ragchem公司出售的正溫度系數(shù)電阻，商品名稱為POLYSW1TCH線路保護(hù)器。
電刷組合件45被更清楚地顯示在圖4中，為清楚起見，此處對組件進(jìn)行分解顯示。該電刷組件包括一個電機端子37，一個電刷架38，一個電刷臂39和所述的PTC46。所示的電機端子37是一個插頭式端子，它具有一個從接觸部分52向外延伸的延長端子部分51。該延長端子部分被設(shè)計成可與外電源相接。為了使端子37固定在端蓋33上，在延長端子部分設(shè)有倒鉤53。
電刷架38為電刷臂39提供一個剛性的支承或基礎(chǔ)，并且通常由黃銅或類似材料制成。該電刷架具有接觸部分48，它同端子的接觸部分52相似，用于同PTC46相接觸。電刷臂39是一條銅鈹合金條，并且在其頂部具有一個按通常方式安裝的碳刷40。電刷臂39的近端通過膨徑鉚釘、點焊或類似工藝裝配在電刷架38上。膨徑鉚釘47被作為例子表示在圖中。
PTC46在實際上和電氣上部位于端子37和電刷架38之間，這樣便形成一個層疊組。該層疊組通過彈性夾具夾持在一起，以保持組的整體性和各部分之間的電接觸。PTC也可以通過低溫焊接、激光焊接或類似方法永久性的附著在電機端子或電刷架的任一個上，以減少裝配線上要組裝的散件數(shù)目。在電刷臂被固定在電刷架的情況下PTC可以附在電刷架上，若電機端子是在遠(yuǎn)離端蓋裝配線的地方制造時PTC可以附在電機端子上。
回到圖3，可以看到電刷組合件是由端蓋內(nèi)部插入端蓋的。電刷組合件被放在端蓋上形成的凹槽54內(nèi)。端子37的端子部分51穿過端蓋33上的一個端子孔55，可以從外部看到。端子部分的倒鉤53咬入端子孔55的端壁以阻止端子回退。端子的接觸部分52比端子孔55寬，防止端子37整個被拉出去，并借此將端子37固定在規(guī)定的位置。
PTC46被夾在端子和電刷架的接觸部分48、52之間，并與端子和電刷架都保持電接觸。PTC46可以如先前已提到的那樣永久性的附在端子或電刷架的任一個上。
彈性指狀物60是同端蓋33整體形成的，并成為凹槽54的壁的一部分。指狀物60被設(shè)計成直接壓在電刷架38上，以將電刷組合件向凹槽54的相對的壁上壓緊，這樣使層疊組各部分保持電接觸。當(dāng)電刷組合件插入凹槽中時指狀物發(fā)生彈性變形。指狀物的彈性使其易于適應(yīng)層疊組因夾有PTC引起的厚度變化。指狀物60在其外表端具有一個鉤狀凸起61。該鉤狀凸起至少延伸超過電刷架的外邊緣，形成一個壓緊擋塊防止電刷架在凹槽內(nèi)沿電機軸向移動。
圖5至9顯示了一種替代的夾緊方案，其中彈簧夾70或類似型式的緊固器將端子37推向電刷架38，同時使它們與夾在其間的PTC保持電接觸。在圖5中夾子是不導(dǎo)電的，反之圖6中的夾子可以是導(dǎo)電的。在圖7，8和9中，夾子是作為端子或電刷架整體的一部分形成的，在圖8和9中夾子成為端子和電刷架之間電連接的不可缺少的部分。
在圖5中，端子37、PTC46和電刷架38組成的層疊組由彈簧夾70夾持在一起。端子以同先前描述的類似的方式裝配在端蓋33上。這里的彈簧夾是不導(dǎo)電的，要不然就可能需要采取一些絕緣的措施來防止PTC46給短路。
圖6中，絕緣部件是以端蓋33上與其整體形成的一道立壁67的形式出現(xiàn)的，并且形成層疊組的一部分而使彈簧夾和電刷架絕緣，所以彈簧夾70可以是導(dǎo)電材料制成的。上述立壁67還給電刷架在端蓋內(nèi)的定位提供了方便。為使彈簧夾70定位，上述立壁67上可以設(shè)有一個凹陷處71。
圖7顯示了一種同圖6相似的方案，其區(qū)別只是此處的彈簧夾同電機端子形成一個整體，所以當(dāng)插入端子時也就插入了彈簧夾，其中防止端子后退的倒鉤53，還起固定彈簧夾70的作用。
圖8是同圖7相對應(yīng)的方案，其中彈簧夾70同電刷架38形成一個整體。彈簧夾也是直接夾在PTC46上，而不是夾在絕緣部件67上。這樣，彈簧夾成為端子和電刷架之間電流通路的不可缺少的部件。這種安排的優(yōu)點是端子和電刷架被立壁67隔開并且直接與其接觸，這樣端子和電刷架就能在端蓋上精確定位，而不必考慮PTC46厚度變化的影響。當(dāng)然這種方案用分離的彈簧夾或與端子形成整體的彈簧夾也可以實現(xiàn)。
圖9表示了另一種實施方案，其中電機端子37′是插孔型的。這是電源插頭端子80插入端蓋33的局部剖視圖，說明了電機端子37′和電源端子80之間的相互作用關(guān)系。其中彈簧夾70是同端子37′形成一個整體并直接壓在PTC46上。彈簧的推力使PTC壓靠在電刷架上。通過采用絕緣壁67，電刷架38精確地在端蓋33中定位。絕緣壁67還形成用于插入電源端子80的槽孔81的一個側(cè)壁。電機端子37′具有一個接觸部分52′，當(dāng)電源端子80插入時，它處于其側(cè)面可以施加彈力的位置上，以便壓靠在電源端子80上使相互保持電接觸。
盡管上面所有的例子中都顯示了帶有電刷的電刷臂，但發(fā)明也可以用其它等價的電刷組合件實現(xiàn)，例使用滑動片或使電刷臂一部分直接與換向器滑動接觸，包括使用多個指狀葉片的電刷的方案。同樣，盡管上面主要用插頭端子作說明，這些安排和方案也可以等價地用于插孔型端子，這已由圖9的內(nèi)容說明。
權(quán)利要求
1. 一種用于電機的電刷組合件，包括一個電刷臂39，具有與換向器42滑動接觸的頂端；一個用于支承電刷臂39的電刷架38；一個電機端子37；和一個正溫度系數(shù)元件PTC46，它將電機端子37電連接到電刷架38上，其特征在于電刷架38，電機端子37和PTC46至少形成由彈性夾具60，70夾持在一起的一個層疊組的部分疊層。
2. 如權(quán)利要求1所述的電刷組合件，其中的彈性夾具包括一個與端蓋33整體形成的，用于安裝電刷組合件的彈性指狀物60，它與在端蓋33內(nèi)形成的一個放置層疊組的凹槽54協(xié)同作用，將該層疊組夾緊在指狀物60和凹槽54的一面壁之間。
3. 如權(quán)利要求2所述的電刷組合件，其中在緊靠指狀物60的自由端形成一個唇狀物61，該唇狀物61被安排成至少壓卡住所述層疊組的一部分，以阻止層疊組從凹槽54中后退。
4. 如權(quán)利要求1所述的電刷組合件，其中的彈性夾具是一個彈簧夾70。
5. 如權(quán)利要求4所述的電刷組合件，其中彈簧夾70是不導(dǎo)電的，并直接壓在端子37和電刷架38上，將PTC夾緊在端子37和電刷架38之間并與它們保持電接觸。
6. 如權(quán)利要求4所述的電刷組合件，其中層疊組包括一個絕緣部件67和所述彈簧夾70，該彈簧夾壓在所述絕緣部件67和電機端子37或者電刷架38之一上將層疊組夾緊，并使PTC46置于端子37和電刷架38之間與它們保持電接觸。
7. 如權(quán)利要求4所述的電刷組合件，其中所述的層疊組包括一個絕緣部件67和端子37或電刷架38之一形成整體的彈簧夾70，該彈簧夾直接壓在絕緣部件67或者PTC46之一上將層疊組同PTC46夾緊，端子37與電刷架38保持電連接。
8. 一種如以上任一權(quán)利要求所述的電刷組合件，其中PTC46是低溫焊固在電機端子37或電刷架38之一上的。
9. 如權(quán)利要求6或7所述的電刷組合件，其中絕緣部件67是在端蓋33上的用來裝配電刷組合件的一道壁，該壁被用于至少使端子37或者電刷架38之一在端蓋33內(nèi)精確定位。
10. 一個小型永磁直流電機包括一個具有換向器42的線繞轉(zhuǎn)子31，一個一端敞口一端封閉的罐狀外殼32，一個放置在外殼內(nèi)的永磁定子34，一個用于封閉外殼敞口端的端蓋33，由外殼封閉端36和端蓋33支承的一對軸承35用于將轉(zhuǎn)子31可轉(zhuǎn)動的安裝在外殼內(nèi)，安裝在端蓋33上的第一和第二電刷組合件45，25用于通過換向器42向繞線轉(zhuǎn)子31提供電能，每個電刷組合件包括一個電機端子37，一個電刷架38，一個電刷臂39和一個安裝在電刷臂39上并適于與換向器42滑動接觸的碳刷40，所述第一電刷組合件45還包括一個以電接觸的方式放置在電機端子37和電刷架38之間的PTC46，其特征在于一個與電刷架38形成整體的彈簧夾70壓在PTC46上，將該PTC46朝電刷架38方向推進(jìn)，從而將PTC夾靠在電機端子37上，同時使電機端子37和電刷架38夾緊在絕緣壁67的任一側(cè)上，該絕緣壁是與端蓋33形成整體并用來使電刷架38和電機端子37相對端蓋33精確定位的。
全文摘要
一種用于電機的電刷組合件45具有一個電刷臂39，該臂裝有一個用于與換向器保持滑動接觸的端頭，一個電刷架38用于支承電刷臂，一個電機端子37和一個用于電保護(hù)的PTC46。電刷架38，PTC46和電機端子37在電機內(nèi)形成一個層疊組，并被彈性夾具，例如彈性指狀物60或一個彈簧夾70夾持在一起。
文檔編號H02K13/00GK1114794SQ9411964
公開日1996年1月10日 申請日期1994年10月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年10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