CN100385750C - 电机的电刷 - Google Patents

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Abstract

用于机械式换向电机、尤其是电动机的电刷(4)布置在一块电刷导板(5)中，用来建立和/或保持在固定的第一部分、例如电源和带换向片(2)的换向器(1)之间的电接触或滑动接触。其中，一个弹性元件(6)将电刷(4)压向换向片(2)。通过稳定的电刷位置可改善换向。为此，电刷(4)这样设计，即弹性元件(6)以一个偏离面向换向器(1)的电刷(4)的端面垂直线的角度作用到电刷(4)上一个力。

Description

电机的电刷
技术领域
本发明涉及用于机械式换向电机、尤其是电动机的一种布置在一块电刷导板中的电刷，用以建立和/或保持在固定的第一部分、例如电源和带换向片的换向器之间的电接触或滑动接触，其中一个弹性元件将电刷压向换向片。
背景技术
在电机、例如电动机、发电机或别的机器中，电刷和电刷装置在滑动接触系统内用来建立电接触。通过一个滑动接触系统在一个通常为固定的第一部分和活动的第二部分之间建立和/或保持电接触。
滑动接触系统的一个特别重要的使用领域为电动机，所以下面只讨论和叙述电机的这部分范围，但不排除用于别的机器。在电动机时，滑动接触系统确保电源或外部连接和转子绕组之间的电连接。为此，在公知的电动机中，例如设置了一个电刷装置，该装置用空间固定的电刷与一个换向器建立滑动接触。
电刷在弹簧加载下这样布置，使电刷接触区在换向器上滑动。众所周知，在不同的电刷结构型式时，作为一个滑动接触系统一部分的电刷的运动、相对固定或布置等等可能是不同的，所以在本发明的不同实施例中相应地考虑了电刷的不同结构型式。
众所周知，电动机的电刷和换向器是易磨损的，所以，电刷用弹簧加载，以便在基本上保持相同压力的情况下沿换向器方向进行导向运动。此外，由于在换向器上的不同程度的磨损，也由于急剧的加热和冷却的不断交替和/或在换向器接触区的热应力和机械应力而引起不圆度也是众所周知的。这样，例如作为不断旋转的换向器的电导部分的凸起的簧片式触头通过构成一个滑动接触系统的电刷接通。尤其是热和/或机械引起的径向偏差引起电刷的机械振动，在这种情况下，电刷部分地或全部地失去与换向片的直接接触。从而导致接触中断和电动机的不均匀的运行，还导致电刷的较严重的磨损。此外，在电刷从换向器升起和/或重放下的过程中也可产生电弧，电弧导致换向器的附加加热并由于烧蚀引起电刷的进一步磨损。所以进一步增加了换向器和滑动接触系统的热负荷。
DE 197 55 507 A1公开了一种带一块电刷托板的机械换向式电动机的刷握，并在该托架上固定一个竖井式导箱，以便借助于弹力把矩形炭刷压到电动机的换向器上。该换向器具有平行于其旋转轴线延伸的换向片和布置其间的槽。每个导向箱连同炭刷在一个平面内垂直于炭刷的导向方向这样旋转布置，使炭刷相对于换向器的平行布置的换向片和槽处于一个倾斜位置。通过这个措施可保证噪声的减小。
发明内容
本发明的目的是通过稳定的电刷位置来实现换向的改善。
实现该目的的技术方案是，用于机械式换向电机的一种布置在一块电刷导板中的电刷，该电刷用来建立和/或保持与带换向片的换向器的电接触，其中，一个弹性元件将电刷压向换向片，其中该电刷相对于换向器的旋转轴线以一个不同于90°角的角度布置在一个倾斜方向上并且其中该弹性元件在一个偏离电刷的该倾斜方向的方向上和以一个偏离位于电刷的面向换向器的端面上的垂直线的角度将一个弹簧力F弹簧作用到电刷上，其中弹簧力F弹簧由两个分力构成：一个轴向分力F弹簧，轴向和一个分力F弹簧，T，其中该分力F弹簧，T保证电刷在电刷导板内的稳定位置，并且其中将电刷压向换向片的轴向分力F弹簧，轴向本身由两个分力构成：保证接触到换向器表面的法向分力FN和保证电刷在电刷导板内的稳定位置的分力FT，其特征为，电刷是矩形的，保证电刷在电刷导板内的稳定位置的弹簧力F弹簧的分力F弹簧，T，FT只指向电刷的短边侧中的之一上，从而电刷以该短边侧支承在电刷导板上。
通过这一措施，可使电刷总是整个表面紧贴在电刷导板的两壁上，并由此迫使电刷的运动振动很小。此外，还保证了电刷和换向片之间的良好接触。本发明的优点是，在新电刷投入后缩短了电刷启动时间。通过电刷的振动的减少/避免还在很大程度上消除了火花的产生，从而实现电刷少振动地紧贴在换向片的表面。这样，就减少了电刷在换向片上的不良支承的、因而无序传导的支承面部分，并改善了电刷的所谓表面承压曲线图和电动机的电效率。
也减少了噪声的产生。
在一个有利的结构型式中，弹性元件是这样布置的，即它以一个偏离电刷施压方向的角度作用到电刷上一个力。
在相对于换向器的旋转轴线以一个不同于90°角的角度布置电刷，证明是合适的。
此外，可考虑电刷相对于换向片的径向倾斜布置。
以上两种形式的倾斜位置都是为了减少由于换向器的旋转运动而在电刷内感应的横向电流。
根据本发明的另一个实施例，电刷与电刷导向装置一起相对于换向器的换向片可旋转地布置。
这样就可在炭刷和换向器的换向片以及槽之间进行倾斜角度的简便的设定和调节。即使在产生噪声时，通过电刷的轻微旋转也可轻易补救。
在本发明的又一个有利的结构型式中，在电刷上方设置了一个设计成弹簧的弹性元件。
此外，本发明还具有这样的优点：在电刷和电刷导板之间的交接区可实现较好的散热，因为总是确保电刷整个表面至少紧贴在电刷导板内壁的两壁上。所以，由于电刷和换向器之间的接触产生的热可通过电刷导板散掉。
在电刷较短、例如在电刷已磨损的情况下，本发明还有这样的优点，即可避免电刷在电刷导板中的倾斜/倾倒，从而减少换向系统的故障，并提高电刷的寿命。
通过本发明的电刷结构，在同时良好散热的情况下，实现了电刷的稳定的、不振动的导向，并减少了横向电流。通过电刷的这种导向还减少了噪声。此外，容许电刷比不同加工引起的误差大得多的容差。所以也可提供很少加工费用制造的电刷。同样也可用比公知的电刷导板相对于电刷具有较大容差的或用廉价材料制成的电刷导板或导箱。
由于电刷相对于换向器轴倾斜和由于分力总是将电刷压向电刷导板的相同的壁，所以电刷达到了一个总是稳定的位置。
附图说明
下面结合附图所示的一个实施例来详细说明本发明。附图表示：
图1连接一个电刷的换向器的侧面俯视图(部分剖开)；
图2从上方看去的该电刷和换向器的俯视图；
图3垂直于换向器旋转轴线的一个示意剖面图；
图4、5分别与一个示意示出的换向片接触的纵向剖开的电刷；
图6在一个换向器上的一个电刷的一个接触面的视图；
图7一个换向器沿其旋转轴线的剖面图，带有装上的电刷和力矢量的图示。
具体实施方式
一种电机、尤其是电动机的一个换向器(图1至3)具有许多换向片2，它们在换向器1的外圆周面上沿纵向即平行于电动机的旋转轴线x延伸。换向片2通过缝或槽3相互隔离。电刷4在y方向紧贴到换向片2上。电刷4被一块电刷导板5压向换向片2。压力由一个弹性元件、特别是一个弹簧6(图4，5)作用到换向片2上。
如图1所示，电刷4在xy平面内围绕z轴旋转，所以电刷4在一个倾斜方向w下压向换向片2。相对方向w，一个弹簧力F弹簧在xy平面内继续倾斜。弹簧6(图4，5)将电刷4压向换向器1的换向片2。
所以弹簧力F弹簧(图1)可分解为两个分力：一个轴向分力F弹簧， 轴向和一个切向分力F弹簧，T。后者保证电刷4在电刷导板5内的稳定位置。
而将电刷4压向换向片2的力F弹簧，轴向又可分解成两个分力：力FN即保证接触到换向器表面的法向分力和力FT即在电刷导板5内引起电刷4的稳定位置的力。
弹簧力F弹簧，轴向的分解可这样进行：或者通过图1或图5所示的弹簧相对于w方向倾斜，或者通过背离换向片2的端面7相对于电刷4的倾斜方向w不是象图5所示那样成一个直角，而是成一个钝角。在这种情况中，弹簧力F弹簧也可分解成两个分力：一个将电刷4压向电刷导板5的内壁的分力(FNB，图7)和一个将电刷压向换向片2的分力(FN)。
不论电刷4是否象图1所示那样只在xy平面内围绕z轴旋转，或电刷边缘是否也还相对于x方向倾斜，都可使用本发明。这种倾斜可通过电刷的非矩形横截面或通过图6所示那样的矩形电刷的倾斜来实现。在这种情况中，弹簧力F弹簧，轴向的切向分力FT可分成两个分力FTx和FTy。
在图7所示例子中，电刷接触面的主平面的横向与换向器上的接触半径之间的角度α等于90°。在任何情况中，图7所示那样的一个分力FNB对着电刷导板5的内壁挤压，从而在电刷4和电刷导板5之间建立整个表面的导热连接，所以保证了在电刷4和换向片2之间的摩擦产生的热的良好导散。通过电刷4的稳定支承也大大地抑制了噪声。此外，避免了高磨损引起的并导致能量损失的电弧的产生。保证了在电刷导板5内的电刷4的恒定的、无振动的夹持。这样就减少了或避免了电刷在电刷导板内的点状和线状贴紧，并由此减少或避免在电刷和电刷导板之间的高的接触力，也减少了或避免了在电刷内的横向电流。
不用弹簧6，也可用别的、例如用橡胶或用弹性塑料制成的弹性元件。

Claims (5)

1.用于机械式换向电机的一种布置在一块电刷导板(5)中的电刷(4)，该电刷用来建立和/或保持与带换向片(2)的换向器(1)的电接触，其中，一个弹性元件(6)将电刷(4)压向换向片(2)，其中该电刷(4)相对于换向器(1)的旋转轴线(x)以一个不同于90°角的角度布置在一个倾斜方向(w)上并且其中该弹性元件(6)在一个偏离电刷(4)的该倾斜方向(w)的方向上和以一个偏离位于电刷(4)的面向换向器(1)的端面上的垂直线的角度将一个弹簧力(F弹簧)作用到电刷(4)上，其中弹簧力(F弹簧)由两个分力构成：一个轴向分力(F弹簧，轴向)和一个分力(F弹簧，T)，其中该分力(F弹簧，T)保证电刷(4)在电刷导板(5)内的稳定位置，并且其中将电刷(4)压向换向片(2)的轴向分力(F弹簧，轴向)本身由两个分力构成：保证接触到换向器表面的法向分力(FN)和保证电刷(4)在电刷导板(5)内的稳定位置的分力(FT)，其特征为，电刷(4)是矩形的，保证电刷(4)在电刷导板(5)内的稳定位置的弹簧力(F弹簧)的分力(F弹簧，T，FT)只指向电刷(4)的短边侧中的之一上，从而电刷(4)以该短边侧支承在电刷导板(5)上。
2.按权利要求1的电刷，其特征为，电刷(4)与电刷导板(5)一起这样地旋转一个倾斜角度(β)，使得电刷(4)的边缘都不平行于旋转轴线(x)。
3.按权利要求1或2所述的电刷，其特征为，该电刷相对于换向片(2)的径向倾斜布置。
4.按权利要求1或2所述的电刷，其特征为，所述弹性元件是一个弹簧(6)。
5.按权利要求4的电刷，其特征为，其中弹簧相对于倾斜方向(w)倾斜或者电刷(4)的与换向片(2)背离的端面(7)相对于电刷(4)的倾斜方向(w)不处于垂直的角度。
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