CN101512877A - 用于直流电机的换向装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于直流电机的换向装置(40)，该换向装置(40)包括具有多个换向器片(28)的换向器(16)以及设置在电刷承载器(23)上以与换向器片(28)进行电性接触的电刷(18)。该换向装置(40)的特征在于，电磁屏蔽器件(32)环绕换向器(16)而设置，使得电磁屏蔽器件(32)至少遮盖电刷(18)在换向器片(28)上的接触点(34)处产生了电刷火花的区域。

Description

用于直流电机的换向装置

技术领域

本发明涉及一种根据独立权利要求的用于直流电机的换向装置。

背景技术

在车辆中，直流电机例如用于辅助驱动、伺服驱动和/或舒适式驱动。这类电机具有用于交替向与换向器的换向器片连接的电枢绕组的线圈供电的换向器。在换向过程期间，通常出现的问题是，在换向器片及与换向器片交替电气连接并与直流电源接触的碳刷之间的所谓电刷火花。此电刷火花可引起长波波段、中波波段、短波波段及超短波波段中的干扰，由于在车辆中设置越来越多的电子部件而应该避免或抑制这种干扰。由此要求直流电机的电磁容忍度较高。

由DE-A-10318734已知一种用于电机的去扰导板，其配备有SMD部件，其中SMD部件构造成去扰部件，以抑制电性干扰。

此外，在DE-A-10209114中公开了一种用于电机、尤其是用于直流电机的换向器，此换向器具有绝缘体、多个固定在绝缘体上且在周向上以间距相互临近而设置的换向器片(具有用于电枢绕组的连接挂钩)以及同轴设置的去扰碟片，其中去扰碟片的连接电极与换向器片电性导通连接。为合理制造换向器，去扰碟片直接靠近连接挂钩而设置并且直接或通过冲压栅机械地并电气地固接到换向器片上。

发明内容

与现有技术不同的是，根据本发明的用于直流电机的换向装置(包括具有多个换向器片的换向器以及设置在电刷承载器上电气地接触换向器片的电刷)具有如下优点，在非常靠近换向器的区域中可实现非常有效的屏蔽而不需要昂贵的电子去扰电路或结构上改变在直流电机的运行中旋转的换向器。由此，环绕换向器设置电磁屏蔽器件，使得电磁屏蔽器件至少遮盖电刷在换向器片上的接触点(Aufpunkt)处产生电刷火花的区域。通过这种方法提供如下优点，即电磁屏蔽器件的结构非常紧凑。而且，由此使得可以对直流电机使用壳体，此壳体至少部分由塑料制成并且其重量可以忽略不计且花费不多。

本发明的其它优点通过独立权利要求给出的特征并通过附图及下文中的描述显而易见。

优选地，电磁屏蔽器件在换向器的轴向方向上延伸至少超过换向器片的长度，以达到尽可能高的抑制干扰放射。

在优选的改型中，电磁屏蔽器件具有例如为电刷而设有空缺部。这种改型允许电磁屏蔽器件与直流电机的电刷承载器和/或壳体进行机械连接，使得电磁屏蔽器件可在换向器的径向方向上至少部分设置在换向器及电刷承载器之间。此外，空缺部也可通过相应的空气循环而引起换向器的冷却。

尽管电刷火花基本上仅在电刷与换向器片交替电性接触的位置出现，然而电磁屏蔽器件整个包围换向器具有以下优点，即在直流电机的所有方向上近乎相同的实现抑制电性干扰放射。

在备选的改型中，也可以使电磁屏蔽器件仅部分包围换向器。这在直流电机位于仅需要抑制在特定方向上的干扰辐射的安装位置时尤其有利，或者在直流电机已经具有至少部分由金属掺杂的塑料材料或者由金属喷镀或金属掺杂的塑料材料的壳体时尤其有利。由此，换向器的部分包围允许同样简单的冷却。

如果电磁屏蔽器件与电压电势(Spannungspotential)成电连接，在尤其有利的方式中可有效吸收及传导干扰放射。这种连接可抑制快速脉冲类干扰，因为换向器及电磁屏蔽器件之间的合成电容在高频时引起短路。

当电磁屏蔽器件包括至少一个金属板时可达到较高地抑制干扰放射。同样，电磁屏蔽器件也可以包括多个单个金属板，这些金属板电性导通地相互连接。除了较好的屏蔽性能，金属板还提供了更好的导热性能这一优点。与此相对，减轻重量极其重要，所以电磁屏蔽器件也可包括金属喷镀或金属掺杂的塑料材料，其中电磁屏蔽器件改型成单片或包括多个单片的部分。

附图说明

在下文中，借助于图1至7示例性描述本发明，其中附图中相同的标号表示具有相同工作方式的相同部件。附图的图示、描述及权利要求包括多个特征组合。本领域技术人员也将单独考虑这些特征并总结出其它有意义的组合。本领域技术人员尤其可将不同实施示例中的特征总结成其它有意义的组合。

其中：

图1是具有本发明的换向装置的直流电机的转子或电枢的示意性描述；

图2是在1中给出的截面AA′处的本发明换向装置的示意性上视图；

图3是本发明的换向装置的示意性侧视图；

图4是根据图3的本发明换向装置的备选的改型形式的侧视图；以及

图5至图7分别是电磁屏蔽器件的实施示例。

具体实施方式

图1中显示了直流电机的电枢或转子10(在下文中始终使用电枢概念)，已知其具有在电枢轴11上抗扭设置且成片状的电枢体12以及连接到电枢绕组14的换向器16，其中电枢体12具有嵌置在电枢体12的槽中的电枢绕组14。为了交替向电枢绕组14的单个绕组供电，换向器16的周围布置有碳刷18(简单起见也称为电刷)，该碳刷18轴向可移动的导入体积固定且定位成径向于换向器16的筒状部20中，并且该碳刷18由电刷压力弹簧22(见图2至4)压到换向器16上。筒状部20并因此电刷18也设置在电刷承载器23上，以通过直流电源的正极的电流经由电枢绕组14的相应绕组到达直流电源的负极而实现具有限定转速和/或限定扭矩的电枢轴11的旋转。为此目的，电刷18通过导线24与直流电源连接。

换向器16包括圆柱形绝缘体26(见图2至4)，其固定固接在电枢10的电枢轴11。在绝缘体26的护罩上，在周向上以间距相互临近地设置了多个固定的换向器片28。这些换向器片28分别具有连接挂钩30，其中电枢绕组14的绕组以已知的方式交替并且与挂钩30成机械的及电气的连接，其中连接通常以所谓热铆合(一种热压方法)的方式实现，其中将初始分离的连接挂钩30按压到换向器片28上并同时在连接挂钩30的区域中将电枢绕组线的绝缘层熔断。

在直流电机的运行中，在两个相邻的换向器片28的每个换向即电流转变中存在火花，因为分别与换向器片28连接的电枢绕组14的线圈由电刷18短接了极短的时间，然后该短接再次断开。这种称为电刷火花的火花形成由于电刷18上的触点燃损而导致使用寿命缩短并导致电磁干扰放射。为避免或至少抑制这种干扰放射，根据本发明将电磁屏蔽器件32围绕换向器16而设置，使得其至少遮盖(对比图2至4)电刷18在换向器片28上的接触点34处产生了电刷火花的区域。电磁屏蔽器件32应该相应于换向器16而尽可能厚的围绕。另一方面，在换向器片28之间特别是在片钩30之间以及电磁屏蔽器件32之间必须也存在缝隙，以避免最终的制造公差以及由此而来的换向器片28之间的短路。此外，通过设置相应的缝隙来保证换向器16的冷却以及电刷燃损的充分剥落。

将图1进一步引申，将电磁屏蔽器件32与电刷承载器23连接，使得电磁屏蔽器件32在换向器16的径向方向上至少部分设置在换向器16与电刷承载器23之间。其中电磁屏蔽器件32可借助于粘附连接、旋拧连接、铆合连接、焊接连接等通过相应设置的固定件36(其中该固定件36将通过结合图5至7而详细说明)固定在电刷承载器23上。

为了使电刷18可与换向器片28电性接触，电磁屏蔽器件32具有空缺部38，通过该空缺部38使电刷18穿过。通过这种方式，可由电磁屏蔽器件32实现换向器16的极窄的护罩。

具有换向器片28的换向器16、具有在其上筒状部20中弹性安放的电刷18的电刷承载器23以及电磁屏蔽器件32是本发明换向装置40的部件，下文中，将结合附图2至7详细说明本发明的换向装置。

图2显示了在图1中所示的截面AA′处换向装置40的上视图。由图可见，在电枢轴11上抗扭安装的，该换向器16具有()周向分布并且固接在绝缘体26的护罩上的换向器片28，该换向器片28分别具有用于与电枢绕组14的线圈进行电性接触的连接挂钩30。换向器16在()周向上由电磁屏蔽器件32围绕，该电磁屏蔽器件32借助于固定件36而如上述那样固接在电刷承载器23上并且至少部分设置在换向器16及电刷承载器23之间。电刷18定位成径向于换向器16，并且在固接到电刷承载器23上的筒状部20上可轴向移动地引导并借助于电刷压力弹簧22通过电磁屏蔽器件32的空缺部38按压到换向器16上。

在图2所示的实施示例中，换向装置40具有三个电刷18。这适合在直流电机例如是多级刮水器电动机的情况，该多级刮水器电动机用于提供两种不同的转速。电刷18的数量不限于本发明。用于直流电机的电磁屏蔽器件32也可仅应用两个或多余三个的电刷18。

转向于电刷18在换向器片28上的接触点34处引起电刷火花，并存在借助于电磁屏蔽器件32抑制或压制的电磁干扰放射。此外，电磁屏蔽器件32包括金属板，其例如通过电刷承载器23的固定件36及导体电路42与电压电势成电连接。在此，各换向器片28及电磁屏蔽器件32相当于具有极小电容量的电容，该电容对于脉冲型及高频信号起短接作用。在备选的改型中，电磁屏蔽器件32包括金属喷镀或金属掺杂的塑料，该塑料相应地与电刷承载器23以及位于此处的导体电路42连接。代替导体电路42，当然也可以使用其它连接方法，如使用电缆等。

图3中显示了通过电枢轴11的中点的截面的换向装置40的侧视图。由于其设置分别相应于图2中的设置，将省略对其的重复描述。不同于图1，图3提供了对于电刷18在换向器片28上的接触点34的更好的显示。此外，显然电磁屏蔽器件32在换向器16的轴向上延伸超过换向器片28的长度。电磁屏蔽器件32也可仅具有遮盖住在接触点34处产生的电刷火花的区域的长度。同样，电磁屏蔽器件32也可构造成显著长于换向器片28。这例如在电磁屏蔽器件32通过固定件36固接在直流电机的壳体42上时(如图4所示)具有优点。在这种情况下，壳体42可能处于电压电势(例如地电势(Massepotential))下，使得虽然可应用电刷承载器23上的导体电路42，但并不是必须的。图4中电枢轴11通过在其端部固接的球轴承44而径向引导。为避免轴向移动，可也额外设有固接在壳体42上的轴平面46。备选地，电枢轴11也可延伸显著超过换向器16。这例如是在其上为驱动传动装置而固定有轴时的情况。在这种情况下，壳体42构造为变速箱，其中电磁屏蔽器件32与该变速箱成机械的和/或电气的连接。

图5至图7显示了电磁屏蔽器件32的不同实施示例。在用于电刷18的空缺部38附近，电磁屏蔽器件32还具有其它空缺部38，当例如直流电机的壳体42改型成部分自行进行电磁抑制时，其它空缺部38一方面用于促进换向器16的冷却和/或保证电刷燃损的剥落，另一方面可部分抑制干扰放射。

尤其是在金属板的情况下，固定件36可直接由电磁屏蔽器件32剪制出并弯出。与电压电势的电连接可例如通过电刷承载器23的导体电路42极其简单的实现。固定件36的数量及设置依赖于电磁屏蔽器件32的稳定性并且可根据所提供的位置条件而任意改变。固定件36的相应改型也可以是金属喷镀或金属掺杂的塑料材料。

空缺部38的数量及形式也可依赖于直流电机的各空气循环和/或电磁容忍度(EMC)的需要而改变。例如在图5中，在用于电刷的两个空缺部38附近设有其它4个轴向定位的空缺部38的同时，图6中的电磁屏蔽器件32仅具有其它2个倾斜延伸的空缺部38。当然，空缺部38也可构造为显著更窄的狭缝。此外，，用于电刷18的空缺部38的数量及形式也可根据需要或者意愿来改变而不限于本发明。

最后，在图7中显示了电磁屏蔽器件32，其包括多个单个部分，这些单个部分通过各固定件36固定在电刷承载器23和/或壳体42上。在这种情况下，甚至当电磁屏蔽器件32仅包围换向器16的周长的一部分时，也可以保证至少遮盖电刷18在换向器片28上的接触点34处产生了电刷火花的区域。这种改型可具有如下优点，即当直流电机的壳体42在电磁屏蔽器件32的最大空缺部38的区域中时用作屏蔽，或者当对换向器16的冷却有特别的要求(特别是在高转速的直流电机中)而安放。

最后指出，所示实施示例不限于图1至7，也不限于电刷18的数量及形式、固定件36以及电磁屏蔽器件32的空缺部38。电刷承载器23所示的形式也不视为本发明的限制。

Claims (12)

1.一种直流电机的换向装置(40)，其包括具有多个换向器片(28)的换向器(16)以及设置在电刷承载器(23)上、用于电气地接触所述换向器片(28)的电刷(18)，其特征在于，电磁屏蔽器件(32)环绕所述换向器(16)而设置成，使得所述电磁屏蔽器件(32)至少遮盖所述电刷(18)在所述换向器片(28)上的接触点(34)处发生电刷火花的区域。

2.根据上述权利要求中任一项所述的换向装置(40)，其特征在于，所述电磁屏蔽器件(32)在所述换向器(16)的轴向方向上延伸至少超过所述换向器片(28)的长度。

3.根据上述权利要求中任一项所述的换向装置(40)，其特征在于，所述电磁屏蔽器件(32)具有空缺部(38)。

4.根据上述权利要求中任一项所述的换向装置(40)，其特征在于，所述电磁屏蔽器件(32)与所述直流电机的壳体(42)和/或电刷承载器(23)连接成，使得所述电磁屏蔽器件(32)在所述换向器(16)的径向方向上至少部分地设置在所述换向器(16)及所述电刷承载器(23)之间。

5.根据上述权利要求中任一项所述的换向装置(40)，其特征在于，所述电磁屏蔽器件(32)完全包围所述换向器(16)。

6.根据上述权利要求1至5中任一项所述的换向装置(40)，其特征在于，所述电磁屏蔽器件(32)部分包围所述换向器(16)。

7.根据上述权利要求中任一项所述的换向装置(40)，其特征在于，所述电磁屏蔽器件(32)与电压电势成电连接。

8.根据上述权利要求中任一项所述的换向装置(40)，其特征在于，所述电磁屏蔽器件(32)由至少一个金属板形成。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的换向装置(40)，其特征在于，所述电磁屏蔽器件(32)由金属喷镀或金属掺杂的塑料材料形成。

10.一种具有根据上述权利要求中任一项所述的换向装置(40)的直流电机。

11.根据权利要求10的直流电机，其特征在于，所述壳体(42)是所述直流电机的传动壳体。

12.根据上述权利要求10或11中任一项的直流电机，其特征在于，所述直流电机为具有至少三个电刷(18)的多级刮水器电动机。

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