CN100481650C - 碳刷导轨及其制造方法、电流传输单元和电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机尤其是电动机的一种碳刷导轨。这种碳刷导轨用铝制成并具有至少一层氧化铝绝缘层。这种碳刷导轨特别适用于多层碳刷。

Description

碳刷导轨及其制造方法、电流传输单元和电机

技术领域

本发明涉及电机尤其是电动机的电流传输单元的一种碳刷导轨，该电流传输单元至少由一个尤其是作为多层碳刷构成的碳刷和一个用金属制成的碳刷导轨组成，该碳刷导轨至少在碳刷侧具有一层绝缘层。

背景技术

DE 101 57 604 A1提出了电动机的一种碳刷导轨，该碳刷导轨由一块具有一层绝缘层的镀锌钢板制成，并特别适用于多层碳刷。设置在碳刷导板内的绝缘层用于避免多层碳刷的单层之间的短路或横向电流。作为绝缘层可用一种漆例如酚醛树脂漆、环氧树脂漆或聚苯乙烯漆涂覆在碳刷导轨的钢板上。在碳刷导轨和多层碳刷之间使用这种绝缘允许窄的间隙。这种绝缘的缺点是，绝缘层不能象纯金属导轨那样承受很高的热负荷和机械负荷。

EP 0 358 812 A1提出了一种多层碳刷用的金属电刷导轨，这种电刷导轨的壁涂覆一层聚苯乙烯漆绝缘层。为了达到绝缘层的足够的机械附着力和耐抗性，电刷导轨必须付出预处理费用，且绝缘层必须作得相当厚。由于金属电刷导轨的这种实施方式，至使造价比一般电刷导轨明显增加。

此外，碳刷导轨和碳刷之间的间隙不可能很窄，因为这种绝缘本身的层厚具有相当大的厚度差异。

从先有技术中也知道一些一般用黄铜板制成的和没有绝缘层的碳刷导轨。在这种导电的碳刷导轨和多层碳刷之间必须存在大的间隙，为的是多层碳刷一般只最多用一层碳层接触碳刷导板。通过旋转碳刷紧贴着的换向器，碳刷可在碳刷导轨内这样翻转，使碳刷的至少两层不同的层与导轨呈线状接触。所以在这个位置产生短路电流，短路电流导致电机绕组和整流子过度加热并导致电刷磨损的增加。此外，碳刷在这个倾斜位置内在整个碳刷边缘运动，从而还产生不必要的碳刷噪音。

发明内容

所以本发明的目的在于，在碳刷及其导轨之间为上述碳刷导轨提供一种能经受大的热负荷和机械负荷的绝缘，并可经济地制造导轨。一方面这种碳刷导轨在按规定用于电机时不产生不必要的碳刷噪音，另一方面碳刷具有尽可能小的磨损。

根据本发明，这个目的是通过下述技术方案来实现的。本发明的诸多有利结构可从下文中得知。

根据本发明的第一方面，提供了一种电机的电流传输单元的碳刷导轨。该碳刷导轨由铝制成，并且至少在碳刷侧具有一层氧化铝层。其特征在于，碳刷导轨由一个包括氧化铝层的平坦的铝板料段弯曲而成，并且该氧化铝层在弯曲前是电绝缘的。

根据本发明的第二方面，提供了一种具有一个如本发明第一方面所述的碳刷导轨和一个实施为多层碳刷的碳刷的电流传输单元。其特征为，碳刷和/或碳刷导轨构造成使得碳刷和碳刷导轨只可能在碳刷导轨的没有弯曲的面上接触。

根据本发明的第三方面，提供了一种电机，其特征为，该电机配有一个如本发明第一方面所述的碳刷导轨，或配有一个如本发明第二方面所述的电流传输单元。

根据本发明的第四方面，提供了一种用于电机的电流传输单元的碳刷导轨的制造方法，其特征为，该方法包括下列工序：对铝板料段的至少一面进行氧化处理；从经氧化处理的铝板料段中制出碳刷导轨的半成品；以及将所述半成品弯曲成碳刷导轨。

碳刷导轨用铝制成已证明是特别有利的，因为铝具有很好的热-电性能。此外，铝在氧化处理时以有利的方式形成一层很薄的不导电的氧化层。这种氧化层的厚度一般为5微米至30微米，而且还特别稳定，并能耐抗热和机械负荷。此外，以有利的方式保留了铝的良好的热性能。

通过本发明把氧化铝层作为吸热层构成的有利改进，在换向器产生的热可被该氧化铝层吸收，并可通过良好导热的碳刷导轨进行散热。这点之所以特别重要，是因为在电机运行过程中必须使换向器尤指碳刷到换向器的接触部位产生的热尽快和充分地散发。这样就可附加地有利于减少碳刷的磨损。

为了形成一层吸热层，氧化铝层最好做成暗色或黑色。

由碳刷导轨和碳刷组成的电流传输单元可附加地含有一个用来支承碳刷导轨的支架。该支架一般用塑料制成。为了在这种电流传输单元时可由碳刷导轨进行散热，该碳刷导轨最好不完全被塑料支架包围。这样，就可通过碳刷导轨的外露面进行散热。

用一种经氧化处理的铝板弯制碳刷导轨已证明是制造碳刷导轨的特别经济的方法，已制成的铝质碳刷导轨的氧化处理已证明要贵得多。此外，在平表面进行氧化处理时可产生很均匀的层厚。

在弯曲经氧化处理的铝板时，可能出现弯曲区的氧化铝层断裂。在这些断裂区，绝缘效果明显降低。在本发明的另一个有利的改进中，碳刷和/或碳刷导轨是这样成型的，即碳刷和碳刷导轨在氧化铝层的断裂区不产生接触。从而可靠地避免了短路电流尤指多层碳刷的各层之间的短路电流的产生。

碳刷最好也在其纵边设置一个倒棱，以便由此达到至碳刷导轨的氧化铝层的断裂区所需的距离。

附图说明

下面结合一个实施例和两幅附图来详细说明本发明及其有利的方案。

附图表示：

图1带一个多层碳刷的电流传输单元的碳刷导轨的横截面示意图；

图2特殊造型的碳刷导轨的示意横截面。

具体实施方式

在本实施例中，电流传输单元的导轨5用于洗衣机的电动机。洗衣机的这种电动机最好是一种万能电动机。这种万能电动机(未示出)一般含有一个定子、一个转子、一个换向器、两个轴承盖和电流传输单元，后者主要由碳刷导轨5、碳刷1和支架8组成。转子和定子分别配有铁心和产生磁场的相应绕组。换向器与转子轴机械连接并与转子绕组电连接。定子则机械固定在用来安装和支承转子轴的轴承盖上。电流传输单元的支架8固定在轴承盖之一上。

在交流运行的洗衣机电动机时，碳刷通常设计成多层碳刷，以便达到较好的换向。在图1中示出了一个双层碳刷1，该碳刷由两个借助于一根不导电的连接件3相互连接的导电的碳半2、4组成。碳刷1的一个端面位于换向器上，从而在换向片和碳刷之间产生导电连接，而碳刷1的另一个端面则与一根供电绞线接触，从而使两个碳半2和4在接触部位相互电连接。

碳刷导轨5只在图1中示意示出。在本实施例中，该碳刷导轨5由铝板制成，该铝板的两面进行过氧化处理。所以碳刷导轨5两面有一层不导电的氧化铝层6、7。面向碳刷1的氧化铝层6使两个碳半2和4在可能接触碳刷导轨5的情况下不产生短路。如果在运行中碳刷1在碳刷导轨5内稍微倾斜，就特别容易产生这种接触。绝缘层6避免碳半2和4之间的短路。从而使碳半2、4总是均匀地通电。碳半2、4的这种通电导致均匀的和微小的碳刷磨损。

在本例中，碳刷导轨5的外壁也设置了一层不导电的氧化铝层7。从而避免了导电的轴承盖和碳刷导轨5之间的可能的泄漏电流。在支架8以其造型而不可能保证轴承盖和碳刷导轨5之间的足够距离时，这点尤为重要。

在另一种结构中，碳刷导轨5直接安装在轴承盖上，因为外氧化铝层7是足够绝缘的。所以仍可比较经济地制造电流传输单元，因为可取消碳刷导轨5的支架8。

氧化铝层6、7在碳刷导轨5的厚度为15微米，但这层厚度也可介于5和30微米之间。这样的氧化铝层6、7是足够绝缘的，而且是很耐磨损的，并耐抗气候的和化学的影响。由于氧化铝层6的厚度制作得很均匀，且由于不导电的氧化铝层6，碳刷1可与碳刷导轨5接触，所以碳刷1和碳刷导轨5之间的导向缝隙(间隙)容许很窄。在本实施例中，保持按德国工业标准DIN 43008规定的碳刷1和碳刷导轨5之间的横向间隙是不成问题的，所以避免了碳刷1在碳刷导轨5内的倾侧。通过碳刷1的这种精确的导向避免了碳刷边缘在换向片上运动，并由此避免了产生相应的碳刷噪音。

碳刷导轨5的氧化铝层6面向碳刷1的表面做成黑色。氧化铝层6的这种颜色在氧化铝层处理时通过选择适当的制造参数很容易实现。也可用别的颜色尤其是可吸收热辐射的暗色。通过这种特殊的颜色可达到碳刷1范围内产生的，以热辐射形式辐射到碳刷1和换向器之间的接触部位的热被氧化铝层6很好地吸收。

氧化铝层6吸收的热被散发到铝制碳刷导轨5上并重新辐射到面离碳刷1的一侧上。为了保证无阻碍的热辐射，碳刷导轨5的支架8是这样设计的，使碳刷导轨5不完全被支架8包围。这样，碳刷导轨5的外露面就能把热散发到周围。如果碳刷导轨布置在由电动机本身产生的气流中，则对碳刷导轨外露面的热辐射或散热起附加的促进作用。这种气流可通过轴承盖和/或定子的适当造型来影响。

在不含支架8的电流传输单元的另一种结构中，与轴承盖直接的碳刷导轨5固定在电动机的轴承盖上。这附加地有利于碳刷1区域的散热，因为碳刷导轨5吸收的热可直接散发到轴承盖上。在轴承盖上的碳刷导轨5的这种直接固定可通过不导电的外部氧化铝层来实现。

为了有利于本发明碳刷导轨5的制造，在第一道工序中进行铝板的氧化处理。在第二道工序中，用这块氧化过的铝板制作碳刷导轨5的半成品。在本实施例中，这种半成品用氧化的铝板冲压制成，但也可用别的合适的方法。然后，在第三道工序中将这种半成品弯曲成碳刷导轨5。在一面氧化的铝板时，弯曲过程这样进行，使氧化铝层6位于里面，即位于碳刷1的导向区域内。

在弯曲预氧化的铝板时，弯曲区的氧化铝层可能断裂。这种断裂可降低氧化铝层6对弯曲区的碳刷1的绝缘作用。

图2表示碳刷导轨10的一种有利的造型，此时，碳刷导轨的每个成形区都以一个凸出的曲率11即以一个面离碳刷12的曲率11开始和终结。从而实现了碳刷12在偏移的情况下只可能接触碳刷导轨10的不弯曲的面。所以避免了碳刷12与氧化铝层6可能有断裂的区域接触。随着时间的推移，断裂内的铝的外露区通过空气中的氧又自动变成三氧化二铝(Al₂O₃)绝缘层。

另一种电流传输单元具有碳刷1的特殊造型。这时碳刷1的纵边分别具有一个倒棱9，如图1所示。这种结构也能保证碳刷1在偏移时不接触碳刷导轨5的弯曲区。

本发明不局限于使用多层碳刷，而是也可用于整体式碳刷。所以有利于碳刷导轨的相同结构用于两种碳刷或用于交流电动机和直流电动机。

Claims (10)

1.电机的电流传输单元的碳刷导轨，所述碳刷导轨(5)由铝制成，并且至少在碳刷侧具有一层氧化铝层(6)，

其特征在于，所述碳刷导轨(5)由一个包括氧化铝层(6)的平坦的铝板料段弯曲而成，并且所述氧化铝层(6)在弯曲前是电绝缘的。

2.按权利要求1所述的碳刷导轨，其特征为，氧化铝层(6，7)是一层人工氧化处理而制成的氧化铝层。

3.按权利要求2所述的碳刷导轨，其特征为，氧化铝层(6，7)具有5微米至30微米之间的厚度。

4.按权利要求2所述的碳刷导轨，其特征为，碳刷导轨(5)的氧化铝层(6，7)至少在碳刷侧适合吸收热辐射。

5.按权利要求4所述的碳刷导轨，其特征为，碳刷导轨(5)的氧化铝层(6，7)至少在碳刷侧呈暗色。

6.具有一个按权利要求1至5中任一项所述的碳刷导轨和一个实施为多层碳刷的碳刷的电流传输单元，其特征为，碳刷(1，2)和/或碳刷导轨(5，10)构造成使得碳刷(1，2)和碳刷导轨(5，10)只可能在碳刷导轨(5，10)的没有弯曲的面上接触。

7.按权利要求6所述的电流传输单元，其特征为，所述电流传输单元还具有一个用来支承碳刷导轨(5)的塑料支架(8)，所述碳刷导轨(5)没有完全被支架(8)包围。

8.按权利要求6所述的电流传输单元，其特征为，碳刷(1)在全部纵边都有一个倒棱(9)。

9.电机，其特征为，该电机配有一个按权利要求1至5中任一项所述的碳刷导轨(5)，或配有一个按权利要求6或7所述的电流传输单元。

10.用于电机的电流传输单元的碳刷导轨的制造方法，其特征为，该方法包括下列工序：

a.对铝板料段的至少一面进行氧化处理；

b.从经氧化处理的铝板料段中制出碳刷导轨(5，10)的半成品；

c.将所述半成品弯曲成碳刷导轨(5，10)。

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