CN101165996A - 电机垫圈 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电机垫圈。该垫圈包括：能够与电机机架中的开口密封接合的垫圈的主体部分；以及从所述主体部分延伸且可接收导体并为其提供电绝缘的至少一个突出物。

Description

电机垫圈
技术领域
本发明涉及一种电机垫圈，尤其是一种用于起动马达中的绝缘垫圈。
背景技术
有时将电机的电刷架组件附着到平板上。每个电刷架组件容纳一个可以与柔性导体电连接的电刷。使与电刷连接的柔性导体穿过电刷架组件的一个电刷架中的孔或缝。可以将柔性导体没有与电刷连接的末端电连接到密封地延伸穿过电机机架的刚性导体。为了正确运行电机，需要防止柔性和刚性导体与电机的除由柔性或刚性导体携带的零件以外的携带交流电压的其他导电零件无意地电短路。
电刷架组件通常还包括用于将电刷推向换向器的偏动弹簧。例如，由这种弹簧产生的偏动压力可以取决于如何将弹簧相对电刷的一个表面安置而变化。弹簧压力的这种变化可能对电机的使用寿命产生负面影响，且对电机发出的听觉和电噪音产生负面影响。因此，希望使电刷弹簧压力的变化最小化。
将电刷架附着到电机平板上的机构也可能影响电刷弹簧压力。在将弹簧压缩在电刷和电刷架之间的电机中，电刷架与平板之间位置附着的可变性可能影响电刷相对于换向器的接触力。因此，使电刷架附着到金属平板所涉及的零件数量最小化可能是有益的。
电机运行的温度是影响电刷架组件和整个电机的使用寿命的另一个因素。流过电机的柔性导体、电刷、换向器和绕组的电流可以影响电机的运行温度，更高电流导致更高运行温度。流过的电流量受到电机的运行条件例如机械载荷和摩擦的影响，并因此是需要适应的不可回避的条件。与只需要替换电刷架组件相比，由过热运行引起的使用寿命失效可能需要以相当高的费用替换整个电机。
过热运行还可能引起火灾。某些电刷架组件使用柔性导体作为熔线，然而，这种导体的柔性特性可能使其在发生开路的位置存在电流消耗(current draw)变化，导致在某些器件上发生导体的过早破坏而允许其他器件过热。因此，需要在比柔性导体可能达到的电流水平更加可控的电流水平上的包括电路开路在内的失效，和需要电刷架组件在整个电机失效之前失效。
因此，电刷架组件技术需要以更加简单且更加低成本的方式来防止内部电短路、更加可靠的弹簧偏动压力和具有过载电流紧密控制的熔线集成。
发明内容
本发明涉及一种电机垫圈。该垫圈包括：能够与电机机架中的开口密封接合的垫圈主体部分；及从主体部分延伸且可接收导体并为其提供电绝缘的至少一个突出物。
本发明还涉及一种起动马达绝缘垫圈。绝缘垫圈包括能够与起动马达机架中的开口密封且能够与从其上穿过的孔中的母线密封的凸缘部分。垫圈还包括从能够接收母线的凸缘部分延伸的一对突出构件，且该突出构件与母线的一部分电绝缘。
附图说明
下面的描述不应该被认为为任何方式的限制。参考附图，以同样的方式给相似元素编号：
图1描述本发明电刷架组件的立体图；
图2描述本发明刚性导体的立体图；
图3描述时间与不同导体电路的中断电流的图解关系；
图4描述本发明垫圈的立体图；
图5描述本发明电刷架组件的部分组件的立体图；
图6描述图1所示电刷和电刷架的部分横截面图；
图7描述本发明电刷的立体图；
图8描述本发明替代电刷的立体图；
图9描述本发明电刷组装到基板上的立体图；
图10描述本发明电刷组装到基板上的径向视图。
具体实施方式
参考图1，示出了在此公开的一般以10表示的电刷架组件的一个实施例的立体图。电刷架组件10包括基板14，将四个电刷架18附着在基板上。每个电刷架18具有一个孔22，在其中安置这里描述为压缩弹簧的电刷偏动构件26和电刷30。将偏动构件26压缩在孔22中，由此在电刷30上产生将电刷30在径向向内方向推动的偏动压力。每个电刷30具有附着在其上的接地柔性导体34或正极柔性导体36，用于提供到电刷30的电连接。附着到在基板14上彼此交叉安置的两个电刷30的正极柔性导体36与这里描述为母线的刚性导体38电连接。弓形的刚性导体38具有径向向外的突出部分42，外部柔性导体46电附着到突出物42。一个垫圈50包括缝形的孔54，突出部分42通过孔54安置且与之密封。垫圈50将突出物42密封到电机的机架(未示出)。
将四个电刷30朝向这里描述为换向器的旋转导体58径向向内偏动。电刷30实现与旋转导体58的电接触，在电机运行期间为电机转子提供电流。将没有连接到刚性导体38的两个电刷30改为通过两个接地柔性导体34连接到基板14。基板14可以由例如金属的电导体材料制成，并连接到电机的电接地元件(electrical ground)。通过正极柔性导体36将刚性导体38连接到例如电池的直流(DC)电源。
使用上述电刷架组件的电机可以将DC电能转换为转动能，反之亦然。例如，在汽车起动马达中，DC电流通过柔性导体46、刚性导体38、正极柔性导体36和电刷30流到马达的转子。同时，该DC电流通过电刷30、接地柔性导体34和基板14从电机的转子流到电接地元件。当需要更多转动能时，例如通过增加转矩，将汲取更多电能，例如通过增加电流。
电机的电流承载零件具有如在其失效前能够承载多少电流的限制。这种失效通常是由伴随高电流消耗的过热引起的。失效可能包括例如，听觉噪音增加、效率降低、使用寿命变短、甚至完全不能运行。因此，需要在电机中提供能够在更加昂贵的失效发生之前中断或打开电路的可熔断连接。
参考图2，示出了刚性导体38或母线的立体图，其整合了如现在将详细描述的熔断部分。刚性导体38包括由金属冲压制成的弓形伸长臂62及中心部分66，突出部分42从中心部分66延伸。突出部分42具有外部柔性导体46(图1)通过诸如焊接或软焊的方法电连接到其上的可连接点44。刚性导体38从中心部分66在相反方向上延伸，并且具有包括第一末端74的第一伸出部分70和包括第二末端84的第二伸出部分80。第一末端74和第二末端84均具有正极柔性导体36(图1)通过焊接或软焊电连接到其上的可连接点44上。在中心部分66和末端74之间的是第一减小横截面区78。相似地，在中心部分66和末端84之间的是第二减小横截面区88。减小横截面区78和88分别由孔79和89形成。孔79、89留下刚性导体38基体材料的两个薄壁片段92。选择每个减小横截面区78、88的总横截面面积，以使减小横截面区78、88在不损害其它电流承载零件的电流载荷下熔断，由此产生熔断部分并在刚性导体38中提供过载保护。
过载保护可以具有时间与触发保护的电流之间的不同关系。该关系部分地由减小横截面区78、88决定，部分地由制备刚性导体38的材料决定。现在参考图3，绘出了时间与电流载荷关系的三个示例。第一条线对应横截面面积为1.5mm2的铜母线，第二条线对应横截面面积为1.5mm2的黄铜母线，第三条线对应横截面面积为2.0mm2的黄铜母线。因此，能够在限制范围内通过选择材料和横截面载荷调整时间与电流载荷关系，以对应每个应用的特定需求打开电路。另外，与例如使用柔性导体34、36和46能够实现的相比，减小横截面区78、88可以提供更加精确控制过载保护的方法。同样地，可以选择减小横截面区78、88，以在比柔性导体34、36和46更低的电流载荷下熔断以打开电路。
为了保持电流载荷保护的精确控制，可能需要使用例如锡、铅锡或银覆盖刚性导体38的金属。通过覆盖刚性导体38，能够明显地减缓由腐蚀引起的减小横截面区78、88的横截面面积减小，由此，在更长的时期内，保持初始减小横截面区78、88和它们提供的相应电流载荷保护。
现在参考图4，将更加详细地描述整合了在电机内防止电短路特征的垫圈50。垫圈50产生电源从外部到电机内部的可密封通道。垫圈50的主体部分110与电机的刚性表面上的开口(未示出)可密封地接合。主体部分110是弓形的，以使其与其将密封到的电机的刚性表面相匹配。主体部分110包括分别比与电机的刚性表面一致的径向尺寸更大的和更小的径向尺寸的外部大面积部分114和内部大面积部分118，由此将垫圈50锁定在相对于电机的正确径向位置。
缝形的孔54径向延伸通过垫圈50的主体部分110的中心区域。突出部分42以干涉配合的方式延伸通过孔54，以在垫圈50和突出部分42之间产生密封。因此，安置突出部分42以将电能从电机外部通过其与垫圈50的密封传导到电机内部。需要密封电机以防止可能恶化电机运行和使用寿命的污染物的侵入。在垫圈50的内表面形成用于接收基板14上的翼片(未示出)的定位槽口122，以相对电机轴向固定垫圈。
一个第一突出物126和一个第二突出物128从垫圈50的主体部分110的相对边延伸。突出物126和128具有“C”形横截面，因此形成具有径向向内的“C”形开口部分的通道。突出物126和128的“C”形凹槽部分以不中断形式延伸穿过主体部分110。突出物126和128保持它们从其延伸的主体部分110的弓形，并基本与刚性导体38的弓形和长度相匹配。刚性导体38位于垫圈50中的弓形凹槽内且突出部分42密封地安置在孔54内，由此将刚性导体38旋转地固定到垫圈50。为了将垫圈50的突出物126、128径向附着到刚性导体38的伸出部分70、80，可以使用位于刚性导体38的末端74、84附近的垫圈50的可选侧翼130、132。第一侧翼130和第二侧翼132在相反方向朝向彼此轴向延伸，以部分地包围“C”形突出物126、128的开口部分。侧翼130、132之间的开口134比刚性导体38的轴向宽度小，由此保持伸出部分70、80的末端74、84。垫圈50由弹性体制成，由此是弹性的，以增强密封性且允许其从初始形状弯曲，如果需要，以将其装配到电机的刚性表面。垫圈50的材料是电绝缘的，突出物126、128为刚性导体38提供绝缘，以防止刚性导体38与交流电压零件短路，否则这些零件将直接与刚性导体38接触。
虽然这里描述的实施例结合了方的“C”形横截面，在本发明范围内也可以使用其它的横截面形状，例如，具有沿长度方向的裂缝的圆形横截面。相似地，除了这里描述的径向向内，“C”形的开口部分方向可以是轴向的。
参考图5，还通过与电刷架136的干涉防止刚性导体38与电机内的零件发生无意接触。例如，可以通过注射成型由绝缘塑料树脂制成电刷架136。将一个沟槽140整合到电刷架136中。沟槽140相对于电机圆周地形成，且沟槽140的开口部分径向朝外。使沟槽140的尺寸适合接收刚性导体38，其中，突出物126或128覆盖刚性导体38。沟槽的壁和突出物126、128之间的小的干涉可以用于防止刚性导体38在沟槽140中的相对运动。需要指出的是，其它实施例可以具有尺寸适于没有绝缘层而直接接收刚性导体38的沟槽。相对于可滑动地接收电刷30的一个腔142安置沟槽140，以便沟槽140和腔142轴向完全不交迭，由此使腔142的全部横截面形状能够完全延伸到基板14的外部最大径向尺寸。这种构造能够允许使总的电刷30长度最大化，这可能是出于例如增加使用寿命的原因所需要的。
参考图6和1，在替代实施例中，沟槽140可以与腔22部分地轴向交迭。这种部分交迭可以允许使用具有大直径146的偏动构件26，例如压缩弹簧，以使偏动构件相对于电刷30对称地安置。偏动构件26的大直径146及其相对电刷30的对称取向，使电刷易于均匀加载到可旋转的导体58(图1)，这种均匀加载对电刷30的使用寿命和电刷30的均匀磨损是有益的。另外，通过将沟槽140轴向延伸超过腔22的轴向尺寸，即使仅是部分地，可以使沟槽140的轴向宽度比如果其不延伸超过孔22的轴向尺寸时更大。可能需要沟槽140更大的轴向长度以容纳具有长的轴向尺寸的刚性导体38。
如上所述，电刷30均匀加载到可旋转的导体58可以有助于延长电刷30的寿命。均匀电刷加载还可以有助于电刷表面150和可旋转的导体58之间的更加一致和可靠的电接触。除均匀加载之外，接触可旋转的导体58的多个电刷30之间的均等加载压力对电接触质量和电刷使用寿命具有影响，更加均等的电刷压力与改进接触质量和增加使用寿命有关。因此，可能需要精确安置与电刷30接触的偏动构件26的末端154。
再次参考图6，定形电刷30的一个表面158以互补地接收偏动构件26的末端154。定形的表面158可以包括这样的特征，例如，部分中空的圆柱形凹槽162，或彼此平行的一对沟槽166，如图7所示。圆柱形凹槽162和一对沟槽166的配置均提供偏动构件26与电刷30的对准，由此使偏动构件26的压力协调地分配到电刷30。可以通过调整凹槽162或一对沟槽166的尺寸提供额外的对准，以便外侧壁168或内侧壁169或两个侧壁168、169与偏动构件26相干涉。这种布置可能需要使偏动构件26弯曲以接合定形的表面158，由此提供电刷30与偏动构件26之间更好的对准。
参考图8，在另一个实施例中，电刷30具有一个部分圆柱形的凹槽163，该凹槽在定形的表面158上具有外壁164。与图7中的凹槽不同，图8中的凹槽不是中空圆柱形的，而是实心圆柱形的。盘簧偏动构件26与外壁164松散接合或干涉配合地与外壁164紧密接合。需要指出的是，虽然这里描述的实施例描述了定形的表面1 58的特定形状，特别是圆柱形或沟槽，需要指出的是可以在定形的表面158上使用替代形状而仍然在本发明的范围内。
电刷表面150和可旋转的导体58之间的高接触面积也可以改进电接触质量。因此，可以制备电刷30使其具有一个电刷表面150，该电刷表面的形状能够使在电机初始起动时与可旋转的导体58之间的接触面积最大化。可以使电刷30和腔22、142的横截面形状为非圆形，以防止电刷30在腔22、142内旋转，由此使电刷表面150随着时间延长相对于可旋转的导体58保持相同取向。该不可旋转的电刷30特征还保证可以适当定向电刷30中的附着柔性导体34、36的孔170，以使柔性导体34、36和导体34、36的每个末端上的附着点上承载的应力最小化。
如图1所示，接地柔性导体34具有电附着到电刷架组件10的基板14的一个末端。电刷架18、136也附着到基板14。现在参考图5、6和9可以更加容易地看出如何将电刷架18、136附着到基板14。每个电刷架18、136具有与基板14上的表面178可滑动接触的安装表面174。每个电刷架18、136还具有从电刷架18、136沿表面174在相反方向突出的一对突出部分182。
在基板14上成对形成的多个柄脚186将突出部分182夹紧到基板14。由包括轴向定向部分194和径向向内定向部分198的翼片190形成每个柄脚186。因此每个柄脚186径向向内开口且径向向外闭合。轴向定向部分194将径向向内定向部分198定位在基板表面178之上一定距离，该距离与突出部分182的轴向厚度基本一致。通过径向向外滑动电刷架18、136将电刷架18、136附着到基板14，同时使电刷架18、136的表面174抵靠基板14的表面178，由此使突出部分182与柄脚186相接合。成对的两个柄脚186之间的距离与每个电刷架18、136的突出部分182从电刷架18、136突出的位置之间的距离基本一致，由此将电刷架18、136锁定，防止其相对于基板14的圆周运动。
翼片190的轴向定向部分194形成一个止挡部，以将电刷架18、136定位在相对于基板14的一个径向位置，以便电刷架18、136的外表面202与基板14的外部圆周表面206基本对准。用于将电刷30推向可旋转的导体58的偏动构件26的压力也用于将电刷架18、136径向向外推动。这种径向向外定向压力保持突出部分182与翼片190的轴向定向部分194的接触，由此相对于基板14正向定位电刷架18、136。另外，基板14可以包括从基板14轴向突出的柔性翼片210，其与在电刷架18、136的表面174中形成的槽口214接合，以将电刷架18、136锁定到基板14。
通过将电刷架18、136安置在从基板14轴向延伸且径向位于翼片190外侧的一对凸角218之间，可以实现电刷架18、136到基板14的额外保持。通过以与电刷架18、136横跨表面174的宽度基本相等的间隔距离安置凸角218，凸角218可以减小左右形式的摇摆运动。
参考图10，描述了其上组装有电刷架18、136的替代实施例基板222的定向为径向向内的视图。基板222包括从表面178延伸的包围基板222圆周的至少一部分的轴向突出边缘226。边缘226具有其形状基本上互补性地匹配电刷架18、136的燕尾部分234的燕尾切口部分230。除了为电刷架18、136提供左右形式的保持之外，燕尾切口部分230还在轴向方向提供保持。也就是说，通过燕尾部分234与燕尾切口部分230的接合，刷柄18、136的径向最外部保持轴向抵靠表面178。这种保持可以有助于减小电刷架18、136在轴向方向的振动。
虽然已经参考示范实施例描述了本发明，本领域技术人员应该了解，可以在不偏离本发明范围的前提下做出不同变化和用相似物替代其元件。另外，在不偏离本发明实质范围的前提下，可以做出多种修改以使特定情况或材料适合本发明的宗旨。因此，不能将本发明限制在这里公开的作为实现本发明的最佳形式的特定实施例，实际上本发明包括在权利要求范围内的全部实施例。

Claims (18)

1.一种电机垫圈，包括：
能够与电机机架中的开口密封接合的垫圈的主体部分；
从所述主体部分延伸且可接收导体并为其提供电绝缘的至少一个突出物。
2.如权利要求1所述的垫圈，其还包括：穿过主体部分并可接收且可密封从其突出的导体的孔。
3.如权利要求2所述的垫圈，其中，所述孔是缝形的，以密封导体。
4.如权利要求2所述的垫圈，其中，所述孔从电机的内部延伸到电机的外部。
5.如权利要求1所述的垫圈，其中，所述垫圈是电绝缘的。
6.如权利要求1所述的垫圈，其中，所述垫圈是弹性的，以增强密封性并为垫圈提供组装到电机上的柔性。
7.如权利要求1所述的垫圈，其中，所述至少一个突出物的横截面至少在一侧是开口的，以接收导体。
8.如权利要求7所述的垫圈，其中，所述至少一个突出物的横截面的至少一个开口侧是径向向内的。
9.如权利要求7所述的垫圈，其中，所述至少一个突出物的横截面基本是“C”形的。
10.如权利要求7所述的垫圈，其中，至少一个基本上“C”形突出物的横截面的开口侧的至少一部分小于导体的轴向厚度。
11.如权利要求10所述的垫圈，其中，所述至少一个突出物的小于导体轴向厚度的至少一部分靠近至少一个突出物的一个末端，该末端相对于至少一个突出物的靠近主体部分的末端。
12.如权利要求1所述的垫圈，其中，所述至少一个突出物定形成与导体的形状相匹配。
13.如权利要求1所述的垫圈，其中，所述至少一个突出物的形状是弓形的。
14.如权利要求1所述的垫圈，其中，两个突出物以基本相反的方向从主体部分延伸。
15.如权利要求2所述的垫圈，其中，主体部分包括比径向尺寸与电机机架表面基本一致的部分更大和更小的径向尺寸部分上的大面积部分。
16.如权利要求1所述的垫圈，其中，所述垫圈由弹性体材料制成。
17.一种起动马达绝缘垫圈，包括：
能够与起动马达机架中的开口密封且能够与从其上穿过的孔中的母线密封的凸缘部分；
从能够接收母线的凸缘部分延伸的一对突出构件，突出构件与母线的一部分电绝缘。
18.如权利要求17所述的起动马达绝缘垫圈，其中，在突出构件的整个长度上突出构件与母线电绝缘。
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