CN101882742A - 用于刷板的刷子压紧弹簧以及具有刷子压紧弹簧的刷板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于刷板的刷子压紧弹簧以及具有刷子压紧弹簧的刷板。该刷子压紧弹簧(10)具有中间部分(12、112)和第一以及第二支臂(16、18；116、118)，其中每条支臂(16、18；116、118)用于向炭刷(30a、30b、30c、30d)加载弹簧压力。在此提出，每条支臂(16、18；116、118)在所述中间部分(12；112)的两侧朝相反的方向(20、22；120、122)延伸。
Description
技术领域
本发明涉及按独立权利要求前序部分所述的一种用于刷板的刷子压紧弹簧以及一种具有刷子压紧弹簧的刷板。
背景技术
已经知道将刷板用在直流马达(DC马达)中。在此向炭刷加载弹簧压力，用于保证可靠地电接触到DC马达的换向器上。这在现有技术中借助于每个炭刷各一个刷子压紧弹簧来进行。
对于所谓的平面集电器装置来说，DE 43 09 519 A1公开了一种具有U形轮廓的弹簧，该弹簧相应地沿轴向方向向两个相邻的刷子加载压紧力，所述刷子与平面集电器电接触。
发明内容
按照第一方面，本发明涉及一种刷子压紧弹簧，该刷子压紧弹簧具有中间部分和第一以及第二支臂，其中每条支臂用于向炭刷加载弹簧压力。在此提出，每条支臂在所述中间部分的两侧朝相反的方向延伸。
有利的是可以实现所述刷子压紧弹簧的对称的力作用，所述力作用尤其可以沿径向方向作用于炭刷上。因此所提出的刷子压紧弹簧优选用在具有所谓的径向集电器的电动马达(DC马达)中，其中沿径向方向朝刷板的中心向炭刷加载压紧力，在所述刷板的中心布置了集电器。有利的是，所提出的刷子压紧弹簧可以沿径向方向向两个炭刷加载压紧力。电动马达的制造得到了简化。
按照本发明的一种有利的改进方案，可以设置至少一个从所述支臂上折弯的区域，该区域用于抵靠在有待接触的炭刷上。有利的是，每条支臂可以从所述中间部分出发在其端部上具有折弯的区域，其中所述折弯的区域用于抵靠在炭刷上。所述支臂可以就这样合适地与炭刷的接触面相匹配。
按照本发明的一种有利的改进方案，至少一个从支臂上折弯的区域可以具有拱起的端部。有利的是，每条支臂可以从所述中间部分出发在其端部上构造为折弯的结构，其中所述折弯的区域具有拱起的端部。这不仅可以设置在螺旋弹簧的形式的刷子压紧弹簧上而且可以设置在扁形弹簧的形式的刷子压紧弹簧上。由此将具有刷子压紧弹簧的刷板安装到DC马达上以及更换炭刷变得容易，因为可以避免刷子压紧弹簧在炭刷上的切入或者歪斜。更确切地说，每个炭刷为进行安装可以部分地从其支架中拉出来并且通过所述以拱起的端部抵靠在刷子侧面上的刷子压紧弹簧得到固定，从而可以自由地接触到刷板的中心。
按照本发明的一种有利的改进方案，至少一条支臂可以至少局部地被电绝缘结构所覆盖。所述刷子压紧弹簧可以完全或者仅仅部分地具有绝缘结构。有利的是，可以避免两个由共同的刷子压紧弹簧进行加载的炭刷之间出现电短路。有利的是，可以设置至少双重的绝缘结构，从而存在着至少一个冗余的绝缘结构，其中可以在运行中容忍一个绝缘结构的磨损，而不必更换刷子压紧弹簧。所述绝缘结构可以是合成材料、氧化物或者也可以是陶瓷材料。也可以设想，所述刷子压紧弹簧由绝缘的材料比如合成材料制成。
按照本发明的一种有利的改进方案，所述电绝缘结构可以包括至少一种来自由耐高温的合成材料、陶瓷、氧化物、耐温度变化的漆这些材料构成的材料组中的材料。作为耐高温的合成材料，比如这样的可以在至少200℃时使用的合成材料比如聚酰亚胺或类似材料是合适的。
为制造所述弹簧，可以设想极为不同的方法。因此可以在成形之后并且必要时在淬火之后完全或者部分地在浸渗池中给弹簧涂上绝缘材料。同样可以使用喷涂方法来施加绝缘材料。
按照本发明的一种有利的改进方案，可以设置一种作为螺旋弹簧的设计方案，该螺旋弹簧具有中间部分，所述中间部分具有围绕着一根横向于所述支臂的纵向伸长延伸的轴线的线匝，其中所述支臂可以相切地或者沿径向从所述线匝上伸出。所述中间部分可以用于支承刷子压紧弹簧。一条支臂可以在所述线匝的上面的端部上离开所述中间部分并且另一条支臂可以在所述线匝的下面的端部上离开所述中间部分。获得一种具有弹力的依赖于刷子磨损位移的有利的力分布和有利的表现的稳定的装置。
按照本发明的一种有利的作为替代方案的改进方案，可以设置一种作为扁形弹簧的设计方案，该扁形弹簧具有中间部分和从支臂上折弯的区域，所述区域用于抵靠在有待接触的炭刷上。可以非常容易地来安装所述扁形弹簧。通过大的支承面，可以避免点状的太高的比如可能导致绝缘结构磨损的支承力。所述中间部分可以用于支承所述刷子压紧弹簧。有利的是，所述扁形弹簧可以在其中间部分中具有支承座，该支承座在运行中即使在冲击机振动时也可以有效地阻止刷子压紧弹簧滑动。有利的是，所述扁形弹簧可以通过固定在刷板上得到其符合规定的形状。因此扁形弹簧可以以其中间部分容易地悬挂到布置在刷板上的具有挂钩的轴颈中。扁形弹簧发生V形变形并且可以在其支臂上提供用于炭刷的高压紧力。
按照本发明的一种有利的作为替代方案的改进方案，可以如此设计所述刷子压紧弹簧，从而在符合规定的运行中关于给定的允许的刷子磨损位移将所述刷子压紧弹簧的弹力最高降低了其初始数值的40％，优选最高降低了其初始数值的30％。有利的是，可以在设计阶段中通过所述刷子压紧弹簧的关于几何形状、硬度和/或材料及类似方面的参数的合适的模拟和变化来使所述刷子压紧弹簧的运行特性接近于所期望的弹簧特性曲线。当然在运行中可能出现一些变化，这些变化应该归因于制造公差、温度影响和类似因素。
按照另一方面，本发明涉及一种具有刷子压紧弹簧的刷板，所述刷子压紧弹簧用于向炭刷加载朝径向集电器的弹簧压力。在此提出，所述刷子压紧弹簧关于径向集电器的旋转轴线沿径向方向向两个炭刷进行加载。
按照本发明的一种有利的改进方案，可以设置用于容纳刷子压紧弹簧的轴承。该轴承比如可以构造为轴颈，可以将所述中间部分套装到该轴颈上，这尤其对于螺旋弹簧的由线匝构成的中间部分来说能够实现容易的并且稳固的安装。所述轴承也可以用于悬挂所述刷子压紧弹簧，并且比如可以具有挂钩，在此可以容易地将构造为扁形弹簧的刷子压紧弹簧悬挂到该挂钩上。
按照本发明的一种有利的改进方案，所述中间部分可以套装到所述轴承上。这尤其对于由线匝构成的中间部分来说是有利的。
按照本发明的一种有利的改进方案，所述中间部分可以悬挂到所述轴承中，其中该轴承在安装的状态中沿径向布置在炭刷的支承面的内部。这尤其对于作为刷子压紧弹簧的扁形弹簧来说是有利的。扁形弹簧在悬挂到轴承中时可以得到其符合规定的用于向炭刷加载弹力的形状。
按照本发明的一种有利的改进方案，炭刷在安装的状态中彼此间以或者能够以小于180°的角度、优选以90°的角度来布置。尤其比如对于具有成对地并联的绕组的四极电动马达来说，具有一个刷子压紧弹簧的一个炭刷对就足够了。炭刷和刷子压紧弹簧在刷板上的布置非常紧凑并且节省空间。
附图说明
其它的优点从以下附图说明中获得。在附图中示出了本发明的实施例。附图、说明书以及权利要求包含大量的组合特征。本领域的技术人员也会有针对性地单个地研究这些特征并将其归纳为其它有意义的组合。其中：
图1示范性地示出了刷板的第一设计方案的俯视图，该刷板具有用于四极马达的径向布置的炭刷，具有4个磁极和四个具有第一设计方案的刷子压紧弹簧的刷子；
图2示范性地示出了刷板的另一种设计方案的俯视图，该刷板具有用于四极马达的径向布置的炭刷，在转子上具有并联的绕组，具有4个磁极和两个具有第一设计方案的刷子压紧弹簧的刷子；
图3a、3b分别是图1和2的线形弹簧的形式的刷子压紧弹簧的侧视图(图3a)和俯视图(图3b)；
图4是扁形弹簧的形式的刷子压紧弹簧的另一种设计方案的处于未安装的状态中的视图；
图5是扁形弹簧的形式的刷子压紧弹簧的另一种设计方案的处于未安装的状态中的视图；
图6是按图4的刷子压紧弹簧在悬挂的状态中的视图；并且
图7是特性曲线，该特性曲线根据刷子压紧弹簧的一种有利的设计方案作为刷子磨损位移的函数示出了压紧力。
在附图中相同的或者同类的组件用相同的附图标记来表示。
具体实施方式
为解释本发明，图1示出了用于四极DC马达的径向集电器(未示出)的刷板50的一种示范性的设计方案的俯视图，具有四个炭刷30a、30b和30c、30d，其中所述炭刷30a、30b、30c、30d径向指向内并且在使用中与集电器(未示出；也作为换向器而为人熟知)共同作用，所述刷板50围绕着所述集电器来布置。在此将刷板50以其中心孔60推到所述集电器上，其中所述炭刷30a、30b和30c、30d抵靠在所述集电器的外圆周上。
所述炭刷30a、30b和30c、30d成对地布置，其中分别由刷子压紧弹簧10向每对炭刷30a、30b和30c、30d加载弹力，使得所述炭刷30a、30b和30c、30d在运行中可靠地与集电器保持接触。所述刷子压紧弹簧10以合适的方式相对于炭刷30a、30b和30c、30d进行电绝缘。
成对的炭刷30a、30b和30c、30d相对于彼此分别倾斜了小于180°的角度，尤其相对于彼此倾斜了90°。在用于四极的DC马达的刷板50的所示出的布置中，这个DC马达具有用于四个单独的极绕组(未示出)中的每个极绕组的相应的圆周分段。所述四个相对于彼此分别偏置了90°的炭刷30a、30b和30c、30d中的每一个被分配给一个极。
第一和第二支臂16、18从所述刷子压紧弹簧10的中间部分12出发朝相反的方向20、22从所述中间部分12延伸出去，其中每条支臂16、18用于向炭刷30a、30b或者说30c、30d加载弹簧压力。在所示出的实施例中，所述刷子压紧弹簧10由螺旋弹簧构成并且基本上点状地抵靠在所述炭刷30a、30b和30c、30d的接触面34a、34b和34c、34d上。所述刷子压紧弹簧10具有电绝缘结构，其中至少一条支臂16或者18被电绝缘。冗余的绝缘结构比如多层的绝缘结构是有利的，以便可以在运行中容忍一个绝缘结构的可能的磨损。
所述刷子压紧弹簧10的中间部分12由围绕着一根轴线的线匝14构成，该轴线沿横向于刷子压紧弹簧10的支臂16、18的方向延伸。所述刷子压紧弹簧10的两条支臂16、18在其端部上具有弯曲的区域16a、18a，刷子压紧弹簧10以所述弯曲的区域16a、18a与炭刷30a、30b相接触。
所述中间部分12套装到刷板50的构造为轴颈的轴承52上，其中所述炭刷30a、30b和30c、30d径向指向内。所述炭刷30a、30b和30c、30d分别在支架中导引，比如在将炭刷30a、30b和30c、30d的侧面包围的未示出的套筒(
)中导引。
所述刷板50可以有利地用在具有径向集电器的多极的DC马达中，尤其用在具有四个或者更多个极的DC马达中。
图2示范性地示出了刷板50的另一种设计方案的俯视图，该刷板50具有用于四极马达的径向布置的炭刷30a、30b，其中四个在转子(未示出)上的绕组中的每两个并联。因此，在该实施例中，仅仅需要两个炭刷30a、30b。所述刷板50可以示范性地设有如也在图1中所使用的第一设计方案的刷子压紧弹簧10。
所述炭刷30a、30b相对于彼此相应地倾斜小于180°的角度，尤其相对于彼此倾斜了90°。
第一和第二支臂16、18从所述刷子压紧弹簧10的中间部分12出发朝相反的方向20、22从所述中间部分12延伸出去，其中每条支臂16、18用于向炭刷30a、30b加载弹簧压力。在所示出的实施例中，所述刷子压紧弹簧10由螺旋弹簧构成并且基本上点状地抵靠在所述炭刷30a、30b的接触面34a、34b上。所述刷子压紧弹簧10具有电绝缘结构，其中，至少一条支臂16或者18被电绝缘。
所述刷子压紧弹簧10的中间部分12由围绕着一根轴线的线匝14构成，该轴线沿横向于刷子压紧弹簧10的支臂16、18的方向延伸。所述刷子压紧弹簧10的两条支臂16、18在其端部上具有弯曲的区域16a、18a，刷子压紧弹簧10以所述弯曲的区域16a、18a与炭刷30a、30b相接触。
所述中间部分12套装到刷板50的构造为轴颈的轴承52上，其中所述支臂16、18以其弯曲的区域16a、18a安放在所述径向指向内的炭刷30a、30b的接触面34a、34b上。所述炭刷30a、30b相应地在未示出的支架(套筒)中导引。
所述刷板50可以有利地用在具有径向集电器的多极的DC马达中，尤其用在具有四个或者更多个极的DC马达中。
将所述刷板50以其中心孔60推到径向集电器(未示出)上，使得所述刷子压紧弹簧10将炭刷30a、30b朝径向集电器挤压。
图3a和图3b示出了图1和图2的作为单个的构件的刷子压紧弹簧10的不同的视图。第一和第二支臂16、18从中间部分12出发朝相反的方向20、22从中间部分12上延伸出去，其中每条支臂16、18用于向炭刷加载弹簧压力。所述刷子压紧弹簧10基本上沿纵向伸长26延伸，其中所述中间部分12布置在所述两条支臂16、18之间。刷子压紧弹簧10被电绝缘结构32所覆盖，用于避免在所接触的炭刷30a、30b之间出现电短路。所述电绝缘结构32可以是合成材料、陶瓷的覆盖层、氧化的覆盖层，也可以设想一种电绝缘结构，方法是所述刷子压紧弹簧10完全或者至少在与炭刷相接触的区域中由电绝缘的材料构成。
图4和图5示出了构造为扁形弹簧的刷子压紧弹簧100的其它设计方案。图6示出了刷子压紧弹簧100在刷板50中的布置。
构造为扁形弹簧的刷子压紧弹簧100比如由扁平的带状的弹簧钢成形而成，并且具有明显比图3a和3b的线形的刷子压紧弹簧10大的宽度。所述扁形弹簧允许至少线状地与炭刷30a、30b相接触，从而降低接触区域中的负载并且可以保护刷子压紧弹簧100的绝缘结构。
所述刷子压紧弹簧100当然可以用在按图1或者图2的刷板50中。
在按图4的设计方案中，在两侧从所述中间部分112开始分别有一条支臂116、118沿刷子压紧弹簧100的纵向伸长126朝不同的方向120、122延伸，其中所述支臂116、118在其端部上具有弯曲的区域116a、118a，所述弯曲的区域116a、118a用于抵靠在炭刷30a、30b上。如在图1和2中一样，所述炭刷30a、30b相对于彼此倾斜了小于180°的角度，尤其倾斜了90°。
所述构造为扁形弹簧的刷子压紧弹簧100比如被电绝缘结构132所覆盖，该电绝缘结构132避免所接触的炭刷30a、30b之间出现电短路。所述构造为扁形弹簧的刷子压紧弹簧100的比较大的支承面在此减小了绝缘结构132磨损的危险。
所述中间部分112悬挂在构造为具有挂钩56的轴颈的轴承52中，其中所述轴承52在安装的状态中沿径向布置在炭刷的端面侧的支承面内部。如可以在图6中看出的一样，所述构造为扁形弹簧的刷子压紧弹簧100通过固定在刷板50的轴承52上这种方式得到其符合规定的形状。
所述构造为扁形弹簧的刷子压紧弹簧100的安装可以以简单的方式进行。将支臂116、118放到炭刷30a、30b的支承面上并且将中间部分112向下挤压到炭刷30a、30b之间并且悬挂在轴承52的挂钩56上。刷子压紧弹簧100在这过程中获得V形的造型。
如前面已经说明的一样将刷板50安装到径向集电器(未示出)上，方法是将刷板50以其中心孔60推到所述径向集电器上并且用刷子压紧弹簧100的弹力将炭刷朝径向集电器的圆周挤压。
图5示出了所述刷子压紧弹簧100的一种变型方案，该刷子压紧弹簧100可以用在按图5的刷板上。所述构造为扁形弹簧的刷子压紧弹簧100被电绝缘结构132所覆盖，该电绝缘结构132避免在所接触的炭刷30a、30b之间出现电短路。扁形弹簧的大的支承面在此减小了绝缘结构132磨损的危险。
所述中间部分112具有凹处形式的支承座114，该凹处在设有刷板50的DC马达的运行过程中防止中间部分112滑动。因此比如在具有以冲击方式被驱动的嵌入工具的电动工具机进行冲击机振动时也可以保证炭刷30a、30b与径向集电器可靠地接触。
有利的是，所述刷子压紧弹簧100的弯曲的区域116a、118a的端部116b、118b拱起，这简化了刷板50在径向集电器上的安装。
以类似于图6的方式将刷子压紧弹簧100固定在刷板50上。所述中间部分112连同其支承座114可以悬挂到构造为具有挂钩56的轴颈的轴承52中，其中所述轴承52在安装的状态中沿径向布置在所述炭刷30a、30b的支承面34a、34b的内部。如可以在图6中的实施例上看出的一样，所述构造为扁形弹簧的刷子压紧弹簧100通过固定在刷板50的轴承52上这种方式得到其符合规定的形状。
可以以简单的方式将刷板50安装到DC马达的径向集电器上。为将刷板50推到其支架(未示出)中而将炭刷30a、30b沿径向向外推，以便释放所述刷板50的中心孔60从而推到径向集电器上。悬挂在轴承52中的刷子压紧弹簧100在此以其拱起的端部116b、118b沿炭刷30a、30b的侧面滑动，而不会切入所述炭刷30a、30b或者歪斜。在将刷板50推到径向集电器上之后，又可以使炭刷30a、30b下降到所述支架中，直到所述刷子压紧弹簧100的弯曲的区域116a、118a抵靠在炭刷30a、30b的端面侧的接触面34a、34b上并且将所述炭刷30a、30b向里挤压到所述径向集电器的圆周上。同样可以容易地更换炭刷30a、30b，方法是将其沿径向向外推，其中所述拱起的端部116b、118b离开接触面34a、34b滑到炭刷30a、30b的侧面上。
刷子压紧弹簧10、100可以有利地为使用目的来构成。在图7中示范性地示出了有利地构成的刷子压紧弹簧10、100的弹力特性曲线F(w)。
有利的是在所述刷子压紧弹簧10、100的不同的设计方案中如此设计所述刷子压紧弹簧10、100，使得其关于刷子磨损位移w具有尽可能均匀的弹力F分布。弹簧特性曲线F(w)拥有躺着的双曲线的分布，所述双曲线在刷子磨损位移w的数值微小时仅仅显示出微小的变化并且只有在数值较高时才明显下降。用于手动控制的电动工具机的炭刷的典型的最大磨损位移w在几毫米，大约为未使用的炭刷的长度的50％。
有利的是刷子压紧弹簧10、100的一种设计，该设计关于磨损位移w得到最高40％优选最高30％的弹力F(w)变化。这样的有利的弹簧特性曲线比如可以通过刷子压紧弹簧10、100的相应的造型来调节。一种有利的螺旋弹簧的形式的刷子压紧弹簧10在具有尽可能小的线径的中间部分12中设置了许多线匝14。一种有利的扁形弹簧的形式的刷子压紧弹簧100比如设置了扁形弹簧的长的支臂116、118以及微小的板厚。同样可以相应地选择用于刷子压紧弹簧10、100的材料。依赖于材料和几何形状可以相应地为不同的使用目的构造合适的具有有利的弹簧特性曲线的刷子压紧弹簧10、100。
Claims (13)
1.刷子压紧弹簧(10)，具有中间部分(12、112)和第一及第二支臂(16、18；116、118)，其中每条支臂(16、18；116、118)用于向炭刷(30a、30b、30c、30d)加载弹簧压力，其特征在于，每条支臂(16、18；116、118)在所述中间部分(12；112)的两侧朝相反的方向(20、22；120、122)延伸。
2.按权利要求1所述的刷子压紧弹簧，其特征在于，具有至少一个从所述支臂(16、18、116、118)上折弯的区域(16a、18a、116a、118a)，该区域(16a、18a、116a、118a)用于抵靠在有待接触的炭刷(30a、30b、30c、30d)上。
3.按前述权利要求中任一项所述的刷子压紧弹簧，其特征在于，至少一条支臂(16、18；116、118)至少局部地具有电绝缘结构(32、132)。
4.按权利要求3所述的刷子压紧弹簧，其特征在于，所述电绝缘结构(32、132)包含至少一种来自这样的材料组的材料：耐高温的合成材料、陶瓷、氧化物、耐温度变化的漆。
5.按前述权利要求中任一项所述的刷子压紧弹簧，其特征在于一种作为具有中间部分(12)的螺旋弹簧的设计方案，所述中间部分(12)具有围绕着一根轴线(24)的线匝(14)，该轴线(24)横向于所述支臂(16、18)的纵向伸长(26)来布置，其中所述支臂(16、18)相切地或者沿径向从线匝(14)上伸出。
6.按权利要求1到4中任一项所述的刷子压紧弹簧，其特征在于一种作为具有中间部分(112)和从支臂(116、118)上折弯的区域(116a、118a)的扁形弹簧的设计方案，所述区域(116a、118a)用于抵靠在有待接触的炭刷(30a、30b、30c、30d)上。
7.按权利要求6所述的刷子压紧弹簧，其特征在于，所述扁形弹簧在其中间部分(112)中具有支承座(114)。
8.按前述权利要求中任一项所述的刷子压紧弹簧，其特征在于一种设计，使得在符合规定的运行中关于给定的允许的刷子磨损位移(w)所述刷子压紧弹簧(10、100)的弹力(F(w))最高下降了其起始数值的40％，优选最高下降了其起始数值的30％。
9.按前述权利要求中任一项所述的刷子压紧弹簧，其特征在于，至少一个从所述支臂(16、18、116、118)上折弯的区域(16a、18a、116a、118a)具有拱起的端部(116b、118b)。
10.刷板(50)，具有至少一个按前述权利要求中任一项所述的刷子压紧弹簧(10；110)，所述刷子压紧弹簧(10；110)用于向炭刷(30a、30b、30c、30d)加载朝径向集电器的压紧力，其特征在于，所述刷子压紧弹簧(10；100)关于径向集电器的旋转轴线沿径向对两个炭刷(30a、30b、30c、30d)进行加载。
11.按权利要求10所述的刷板，其特征在于，设置了用于容纳刷子压紧弹簧(10；100)的轴承(52)。
12.按权利要求11所述的刷板，其特征在于，所述刷子压紧弹簧(10；100)能够套装到所述轴承(52)上或者能够悬挂到所述轴承(52)中。
13.按权利要求10到12中任一项所述的刷板，其特征在于，所述炭刷(30a、30b、30c、30d)在安装的状态中彼此间能够以小于180°的角度、优选以90°的角度来布置。
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