CN100385751C - 用于电机的换向器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电机的换向器，其包括一用绝缘的模压塑料制的支承体(1)、多个绕换向器轴线(2)均匀排列在支承体上的金属导体段(3)，以及一抗干扰装置(9，9′)，这些金属导体段带有设在它上面用于转子绕组的连接元件并与该抗干扰装置导电连接，该抗干扰装置包括一些在数量上与导体段(3)的数量相等的单个抗干扰元件(10)，其中，所述导体段(3)带有接触舌片(18)，它们分别远离其根部(19)在所属的接触点(23)与两个相邻抗干扰元件(10)的相邻接触极(24)连接。各接触舌片(18)设计为有径向弹性，以及分别在其根部(18)与其接触点(23)之间的区域内和与之相邻的换向器刚性结构部分分开，使得各接触舌片(18)相对于与之相邻的换向器刚性结构部分的位置能由于在此区域内的热膨胀改变。

Description

用于电机的换向器
本发明涉及一种用于电机的换向器，其包括一用绝缘的模压塑料制的支承体、多个绕换向器轴线均匀排列在支承体上的金属导体段以及一抗干扰装置，这些金属导体段带有设在它上面用于转子绕组的一些连接元件，并与该抗干扰装置导电连接。该抗干扰装置包括一些在数量上与导体段的数量相等的单个抗干扰元件，其中，所述导体段具有一些接触舌片，它们分别远离其根部在所属的接触点与两个相邻抗干扰元件的相邻接触极连接。
不同结构方式的换向器(滚筒式换向器、平面换向器)已知各种各样的设计。越来越多的换向器，尤其在它们设计为滚筒式换向器的情况下，配备用于抑制火花的装置，以防止由于在换向器上发生火花而损坏在空间上邻近该电机所设置的电子部件。
这种抗干扰装置迄今广泛设计为用一种存在的电阻取决于电压的材料制的环形抗干扰盘，它们与导体段导电连接。这种相应的抗干扰盘一方面可以沿径向设在电刷接触面外部(例如参见US 5895990A、US 5717270A、GB 2183933A和US 5796203A)，或另一方面可以沿径向设在电刷接触面内部(例如参见US 6285106B1和DE 19953231A1)。此外已知一些抗干扰的滚筒式换向器特殊形式，其中导体段设在圆柱形抗干扰套筒的外面(参见DE2055648和DE 3614869C2)。EP 364292B 1介绍了一种滚筒式换向器，它有一个用热塑性材料制的支承体，在支承体中沿径向在接线片下方设一耐热的增强环，它有一个抗干扰层或与增强环相邻可装一单独的抗干扰环；在这种情况下增强环与可能补充设置的单独抗干扰环一样，装在支承体的一个支座上，在那里它通过从导体段伸出的接片固定。
与抗干扰盘的具体布局无关，在所有的其抗干扰装置包括一环形抗干扰盘的换向器中，存在的缺点都是抗干扰装置昂贵的费用。因为通常用于制成此类抗干扰盘的陶瓷材料非常贵；以及，在生产抗干扰盘时，亦即从多层金属-陶瓷板切割出抗干扰盘时会产生大量废料。
此外，已知的使用抗干扰盘抗干扰的滚筒式换向器，对于许多实际的应用，由于可供该换向器使用的空间有限，只能考虑具有沿径向设在电刷接触面内部的抗干扰盘的紧凑的滚筒式换向器。此类有沿径向设在电刷接触面内部的抗干扰环的滚筒式换向器另一个问题，源自于通常用陶瓷材料制的抗干扰盘与所涉及换向器的其余部件相比不同的热膨胀特性。也就是说，如果不采取特殊的预防措施，相应的热应力会导致换向器由于抗干扰盘破碎和/或导体段与抗干扰盘连接的破坏而提前失效。为了解决此问题，在DE 19953231A1中建议，抗干扰盘用一种弹性胶粘剂与支承体连接，以及将导体段通过细线与抗干扰盘连接，细线一方面焊在所属导体段的接线片上，以及另一方面焊在抗干扰盘的一个所属的金属化区上。与之相对，按US 6285106B1，它公开了一种按此类型的滚筒式换向器，为了导体段与抗干扰盘的电触点接通采用一些板簧，它们设在环形空腔的内部，此空腔以支承体、导体段和一个环形的盖为界以及在此空腔内也装有抗干扰盘。允许抗干扰盘为一方以及其余换向器构件为另一方沿径向不同热防护的板簧，在这里尤其可以固定在环形的盖上。
上述两种受人赏识的分别有一个沿径向装在导体段内部的抗干扰盘的已知滚筒式换向器存在的突出缺点，尤其是与相应的滚筒式换向器的竞争能力相对立的高的生产成本，这尤其在按EP 364292B1的换向器的情况下，除了抗干扰盘高的制造费用外(见上文)，关键还在于要组合的构件数量多。此外，在按EP 364292B 1的滚筒式换向器中还有一个缺点，即，在导体段和在抗干扰盘上的触点接通仅仅基于板簧的支承力并不是持续可靠的，例如由于腐蚀可能破坏触点接通。
DE 4338345A1公开了一种带有一抗干扰装置的上述类型的换向器被设计为滚筒式换向器，它包括一个个嵌入支承体内的抗干扰元件。在这里每个导体段通过两个用于稳定所涉及导体段位置的嵌入支承体内的支杆，连接在各两个彼此相邻的抗干扰元件上。虽然这种换向器成本不如在上面早已说明的换向器由于制备环形抗干扰盘所带来的成本那么高，但按DE4338345A1的换向器由于上面早已说明的各种材料不同的热膨胀特性，导体段与抗干扰元件触点接通的寿命可以预料是有限的。
基于上面已说明的先有技术，本发明的目的在于提供一种长寿命且能可靠地抗干扰的换向器，它可用低的生产投入低成本地制成，与此同时特别优选地应能制成一种基本上与基本参数相同但不抗干扰的换向器尺寸相同的抗干扰的换向器。
按本发明为达到此目的采取的措施是，在按此类型的换向器中，所述接触舌片设计为有弹性，以及分别在其根部与其接触点之间的区域内和与之相邻的换向器刚性结构部分分开，使得在此区域内能由于热膨胀改变各接触舌片相对于分别与之相邻的换向器刚性结构部分的位置。
因此按本发明的换向器第一项特征是，抗干扰装置没有包括环形的抗干扰盘，而是包括一些在数量上与导体段的数量相对应的单个抗干扰元件；这些作为多层电容器尤其可以有长方六面体形状的单个抗干扰元件，可以用多层金属-陶瓷板没有任何下脚料地制成，并因而成本特别低。此外，按本发明的换向器的特征在于，作为导体段整体的组成部分的，亦即与导体段的其他区域制成一体的接触舌片，用于导体段与抗干扰元件的直接触点接通；因此按本发明的换向器没有单独的、附加的、如按先有技术尤其以线和板簧的形式设置用于导体段与抗干扰盘触点接通的构件。在这里接触舌片与各两个相邻抗干扰元件接触极的“连接”，指的是任何导电的触点接通；尤其是并非必须采用单独的连接材料，例如焊料。整体地成形在导体段上的接触舌片与抗干扰元件直接和立即触点接通并且不对换向器的寿命产生有害的作用，在这里之所以可行是由于各接触舌片为了补偿各换向器构件不同的热膨胀特性可以变形。接触舌片的变形能力一方面源于其弹性的设计，其中，接触舌片与抗干扰元件在那里连接的接触点设在远离接触舌片根部的地方，接触舌片在根部被静态夹紧地过渡到导体段的相邻区内，以及另一方面源于接触舌片与相邻结构部分分开，所以相邻结构部分不妨碍自由的膨胀补偿。尤其是，在按本发明的换向器中，在这方面，令弹性的接触舌片在其沿径向的内表面处，相对于相邻的沿径向处于接触舌片内部的结构部分以这样的方式分开，即，使其离所涉及的结构部分的间距能由于热膨胀而改变。所述的弹性接触舌片相对于换向器相邻的其余结构部分分开，在这里尤其可以包括将接触舌片自由地安置在支承体相应的凹槽内部，使得接触舌片除了其根部和其接触点外均被空气围绕；当然也可考虑将弹性接触舌片全部或部分埋入一种弹性的材料内。由于弹性接触舌片与换向器沿径向在内部的相邻的刚性结构部分分开，接触舌片可以根据各结构部分当时的热膨胀，保持相对于沿径向在内部与它相邻的刚性结构部分，尤其相对于由模压塑料构成的支承体，或多或少大的径向距离。此外，由于接触舌片的这种可变形能力，使作用在接触舌片与抗干扰元件固定地连接的区域内的应力，减少到不可能损坏此连接的程度。因此，接触舌片尤其可借助简单的钎焊或导电的粘结，在接触点区域内与抗干扰元件持久地连接。
由此可以看出，采用本发明由于将按本发明的换向器的特征与最低生产成本相结合，所以可以制成非常便宜、寿命长和紧凑的抗干扰换向器。
按本发明的换向器第一项优选的进一步发展，抗干扰元件设计为长方六面体形状的多层电容器以及沿等边多边形的棱边绕换向器轴线排列，确切地说，恰当地分别布置在两个彼此相邻的导体段之间的空隙处。这有利于得到尤其工艺简单和因而成本低廉地制成的按本发明的换向器。
按另一项优选的进一步发展，在按本发明的换向器中弹性接触舌片沿周向计量的宽度小于导体段的宽度。也优选地接触舌片的长度比其宽度大得多，以及它的宽度又比接触舌片的厚度大。这一方面有利于接触舌片的弹性；此外以此方式抗干扰元件得到有利的安装条件，使接触舌片分别在两个彼此相邻的抗干扰元件的接触极之间耸起，以及与所属的接触极一起按如下所述构成一个相连的接触区，即，接触舌片分别跨接两个相邻抗干扰元件接触极之间的空隙。
作为本发明基础的这种设计方案可有利地在不同结构形式的换向器(滚筒式换向器、平面换向器)中实现，而当换向器设计为有圆柱形电刷接触面的滚筒式换向器的情况下采用本发明可获得的优点特别突出。尤其在按本发明的这种设计为滚筒式换向器的换向器中，按本发明的一项特别优选的进一步发展，接触舌片从导体段的内部径向面岔出。因此，在电刷接触面沿轴向超出抗干扰装置延伸时得到一种特别紧凑的结构形式。
对于接触舌片与抗干扰元件在其接触极区域内的导电连接而言存在不同的可能性。特别优选的是将接触舌片钎焊在所属干扰元件的接触极上。但有利地也可以使用导电的粘结。在特别的前提条件下甚至可以设想，舍弃单独的连接材料，如焊料或胶粘剂，以及接触舌片与抗干扰元件的导电的触点接通仅仅基于接触舌片被预紧地支靠在抗干扰元件接触极上实现。
在连接元件的设计方面，本发明再一项优选的进一步发展的特征在于，连接元件设计为接线片，在换向器设计为滚筒式换向器的情况下，它们设在换向器与抗干扰装置处于相对位置的那个端侧的区域内。在这种情况下，在将转子绕组焊在接线片上的过程中破坏接触舌片与抗干扰元件连接的危险性最小。
为了持久地稳定它们的位置，抗干扰元件特别优选地分别装入支承体的一个沿轴向沉入支承体中的安装座内。这样一个安装座的界壁，为了支承所涉及的抗干扰元件，沿径向、沿周向和沿轴向与抗干扰元件的径向内和外表面、两个侧面和一个端面相对。在这里，安装座特别优选地沿径向在里面和沿周向分别以一个带肋环为界，以及沿径向在外面以支承体的模压塑料突起为界。然而抗干扰元件的侧面只是被带肋环的肋部分地覆盖，以提供足够的空间用于接触舌片在抗干扰元件上的导电连接。
上面说明的带肋环可尤其延长形成一带肋套筒，它在换向器配置抗干扰装置的那个端侧明显地从抗干扰元件伸出，其中，带肋套筒的径向尺寸等于或小于带肋环的径向尺寸。相应的带肋套筒构成用磁化材料制成的用于检测转子电枢角向位置的环形元件的支座，环形元件尤其用铁氧体、稀土元素或半钴组成。按本发明另一项优选的进一步发展，取代一个带肋套筒，用磁化材料制的环形元件也可以装在一个沿轴向从支承体延伸出的定心突起上；这就允许环形元件按任意的转角位置固定在支承体上。
下面借助在附图中表示的四种优选的实施例详细说明本发明。附图中：
图1表示按本发明设计的滚筒式换向器第一种实施形式的轴向剖面；
图1a为图1的局部放大示图；
图2表示沿线II-II对于图1所示滚筒式换向器的横截面；
图2a为图2的局部放大示图；
图3为沿线III-III对于图1和2所示滚筒式换向器的轴向剖面的局部放大示图；
图4表示与图1至3所示实施形式相比变更后的按本发明的滚筒式换向器第二种实施形式的轴向剖面；
图5表示沿线V-V对于图4所示滚筒式换向器的横截面；
图6表示按本发明设计的平面换向器的横截面；
图7表示沿图6中的线VII-VII对于图6所示平面换向器的轴向剖面；
图8表示沿图6中的线VIII-VIII对于图6和7所示平面换向器的轴向剖面；以及
图9表示一种有关图4和5所示滚筒式换向器的改型实施例的轴向剖面。
图1至3中表示的滚筒式换向器作为主要构件包括一个用绝缘的模压塑料制造的支承体1和均匀地围绕换向器轴线2排列的十个导体段3，它们的圆柱形周向面确定了电刷接触面4。支承体1有一个与轴线2同心的孔5，它用于将换向器装在转子轴上。
导体段3的锚固部分6嵌入支承体1的模压塑料内，使导体段即使在高速旋转时存在离心力也能可靠地固定住。在导体段3端侧设接线片7，它们按已知的方式用于在换向器上连接绕组线。
以上所述的内容，按图1至3的换向器与充分已知的先有技术一致，所以不需为了理解它而作进一步的解释。
在与接线片7处于相对位置的端侧8区域内，换向器有一个抗干扰装置9。它包括十个围绕换向器轴线2均匀排列的单个长方六面体形状的陶瓷材料制的抗干扰元件10。在这里，抗干扰元件10设在导体段3的空隙处。它们分别有电容器的功能，以及在彼此相对的两个侧面有金属化的层11。每个抗干扰元件10装在支承体的一个袋状安装座12内。每个安装座12沿径向在里面和沿周向以带肋环15的一个圆周面13或两个肋14为界，带肋环15是支承体1的组成部分；支承体1的模压塑料突起16分别构成抗干扰元件10安装座12沿径向在外面的边界。为了稳定抗干扰元件的位置，抗干扰元件10粘结在所属的安装座12内。
在导体段3配属于换向器端侧8的端部附近，在其沿径向的内侧17成形弹性的接触舌片18。从其各自的根部19出发，接触舌片18朝相邻的换向器端侧8的方向向内倾斜地延伸。接触舌片18没有埋入支承体1的模压塑料内，从而允许变形。
导体段3的弹性接触舌片18将其自由端20分别在两个彼此相邻的抗干扰元件10之间耸起。借助于钎焊连接21，就相关联的接触区22而言钎焊连接既包括导体段3设在涉及的接触舌片18自由端的接触点23也包括相邻抗干扰元件10相邻的分别由金属化的层11构成的接触极24，将每个接触舌片与两个相邻的抗干扰元件持久地导电连接在一起。为了给钎焊连接21提供足够的空间，在带肋环15的肋14与支承体1的模压塑料突起16之间分别存在一个间隙25。
在图4和5中表示的按本发明的换向器实施例，在其主要的设计特征方面与按图1至3的实施形式一致。为避免重复，可参见上面的说明。作为决定性的差别仅仅在于，带肋环15延长为一个带肋套筒26，它在换向器配置抗干扰装置9的那个端侧8从抗干扰元件10显著地伸出。在带肋套筒26上安装一个用磁化材料(例如铁氧体、稀土元素或半钴)制的环形元件27并与带肋套筒粘结。
在按本发明设计的如表示在图6至8中的平面换向器中，包括八个抗干扰元件10的抗干扰装置9′，设在与电刷接触面4处于相对位置的那个换向器端侧区域内。抗干扰装置本身以对应的方式同样适用上述按图1至3的实施形式的设计，所以为了避免重复可参见那些附图的说明。与在上述滚筒式换向器的情况下一样，接触舌片18的接触点23与各两个相邻的抗干扰元件10通过钎焊连接21连接，如在图中(只)针对其中一个接触舌片所表示的那样。除此之外，在平面换向器中按本发明的抗干扰装置的设计，与电刷接触面究竟是通过导体段本身或通过碳段来形成无关地予以实现。
按图9的滚筒式换向器在其主要的结构特征方面与图1至3中表示的滚筒式换向器一致，所以为了避免重复可参见相应的设计。此滚筒式换向器，如图4和5所示的换向器一样，端侧仍有一个磁化材料制的环形元件27。它在这里不是套在一个带肋套筒上；确切地说在按图9的滚筒式换向器中支承体1延长形成一个沿轴向伸出的定心突起28。用磁化材料制的环形元件27安置在它上面。借助设在定心突起28端面29区域内的胶30，将环形元件27与换向器的支承体1牢固连接在一起。

Claims (20)

1.一种用于电机的换向器，其包括一用绝缘的模压塑料制成的支承体(1)、多个绕换向器轴线(2)均匀设置在该支承体上的金属导体段(3)，以及一抗干扰装置(9、9′)，这些金属导体段带有设在其上面的用于一转子绕组的连接元件，并与该抗干扰装置(9、9′)导电连接，该抗干扰装置(9、9′)包括一些在数量上与所述金属导体段(3)的数量相等的单个抗干扰元件(10)，其中，所述金属导体段(3)具有接触舌片(18)，这些接触舌片(18)分别在远离其根部(19)的自由端上在对应的接触点(23)处与两个相邻的抗干扰元件(10)的相邻的接触极(24)连接，其特征为：所述各接触舌片(18)设计为有径向弹性，并且分别在其根部(19)与其接触点(23)之间的区域内相对于与之相邻的所述换向器的刚性结构部分这样分开，即，使得在此区域内能由于热膨胀改变所述各接触舌片(18)相对于分别与之相邻的所述换向器的刚性结构部分的位置。
2.按照权利要求1所述的换向器，其特征为：所述抗干扰元件(10)设计为一长方六面体形状的多层电容器。
3.按照权利要求1或2所述的换向器，其特征为：所述各接触舌片(18)分别在两个彼此相邻的抗干扰元件(10)的接触极(24)之间突起，其中，所述各接触舌片(18)分别跨接两个相邻的抗干扰元件(10)的接触极(24)之间的空隙。
4.按照权利要求1或2所述的换向器，其特征为：所述抗干扰元件(10)沿一等边多边形的棱边等间距地围绕所述换向器的轴线(2)布置。
5.按照权利要求1或2所述的换向器，其特征为：所述弹性接触舌片(18)沿周向计得的宽度小于所述导体段(3)的宽度。
6.按照权利要求1或2所述的换向器，其特征为：所述接触舌片(18)的长度比其宽度大，而其宽度又大于接触舌片(18)的厚度。
7.按照权利要求1或2所述的换向器，其特征为：该换向器设计为带有一圆柱形电刷接触面(4)的滚筒式换向器。
8.按照权利要求7所述的换向器，其特征为：所述接触舌片(18)从所述导体段(3)的内部径向面(17)分岔出。
9.按照权利要求7所述的换向器，其特征为：所述电刷接触面(4)沿轴向延伸超过所述抗干扰装置(9)，其中，所述导体段(3)在所述电刷接触面(4)下面的径向厚度即便在所述抗干扰装置(9)所在的区域内也大于0.5mm。
10.按照权利要求7所述的换向器，其特征为：所述抗干扰装置(9)设在所述换向器的与用于转子绕组的连接元件处于相对位置的那个端侧。
11.按照权利要求1或2所述的换向器，其特征为：该换向器设计为平面式换向器，其中，所述抗干扰装置(9′)设在所述换向器的配置用于所述转子绕组的连接元件的端侧。
12.按照权利要求1或2所述的换向器，其特征为：所述各接触舌片(18)钎焊或导电地粘接在对应的抗干扰元件(10)的接触极(24)上。
13.按照权利要求1或2所述的换向器，其特征为：所述各接触舌片(18)弹性预紧地支靠在对应的抗干扰元件(10)的接触极(24)上。
14.按照权利要求1或2所述的换向器，其特征为：所述各抗干扰元件(10)分别置入所述支承体(1)的一安装座(12)内，该安装座(12)的界壁分别与所涉及的各抗干扰元件沿径向的内表面和外表面、两个侧面和一个端面相对置。
15.按照权利要求14所述的换向器，其特征为：所述各安装座(12)沿径向在里面和沿周向分别以一带肋环(15)为界，并且沿径向在外面以所述支承体(1)的模压塑料突起(16)为界。
16.按照权利要求15所述的换向器，其特征为：所述带肋环(15)延伸形成一带肋套筒(26)，该带肋套筒(26)在所述换向器的配置所述抗干扰装置(9)的端侧(8)明显地超出所述抗干扰元件(10)地伸出，其中，所述带肋套筒(26)的径向尺寸等于或小于所述带肋环(15)的径向尺寸。
17.按照权利要求16所述的换向器，其特征为：在所述带肋套筒(26)上安装一个用磁化材料制的环形元件(27)。
18.按照权利要求17所述的换向器，其特征为：所述环形元件(27)由铁氧体、稀土元素或半钴制成。
19.按照权利要求17所述的换向器，其特征为：所述环形元件(27)与所述带肋套筒(26)粘结。
20.按照权利要求1或2所述的换向器，其特征在于，所述支承体(1)在其配置所述抗干扰装置(9)的端侧(8)延伸形成一定心突起(28)，在该定心突起(28)上支撑地置放着一由磁性材料制成的环形元件(27)。
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