CN101904059A - 电动机的换向器滑动触头的保持元件以及电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电动机(4)的换向器滑动触头(2)的保持元件，包括可以通过弯曲预张紧的弹簧段(5)。本发明规定，弹簧段(5)这样地设计，使得如果该弹簧段被预张紧，那么外缘纤维应力在纵向上至少在弹簧段(5)的一个在纵向上延伸的分段(6)中，优选在整个弹簧段(5)中，至少是近似恒定的。

Description

电动机的换向器滑动触头的保持元件以及电动机

背景技术

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的用于电动机的换向器滑动触头的保持元件以及一种按照权利要求12的所述的电动机。

已知所谓的锤式碳刷，其中一个换向器滑动触头(碳刷)被保持在一个弯曲弹簧上并且由该弹簧的弹簧力沿着径向压在一个换向器上。弯曲弹簧此时以它与滑动触头背离的端部夹紧在支架部件(碳刷架)上。弯曲弹簧在偏移时形成不均匀的纤维应力，使得弯曲弹簧在夹紧部位中由于塑性变形而具有被损伤的危险。尤其是在安装已知的锤式碳刷之后不再能够将固定在电动机电枢上的具有比换向器更大直径的球轴承轴向地引导穿过其上固定有锤式碳刷的支架部件。结果必须预先设定具有锤式碳刷的支架部件的径向安装方向。

由WO2004/051825A1已知一种锤式碳刷结构，其中通过弹簧杆在一个预先设定的止挡上滚动产生一个限定的支承力。在此处也由于不均匀的纤维应力而在夹紧部位中存在损伤弹簧杆的危险，从而不可能使弹簧杆过度弯曲以安装具有比换向器更大的横截面的球轴承。

本发明的公开

技术任务

本发明的任务是提出一种用于换向器滑动触头的保持元件，其中将由过度弯曲引起的损伤的危险减小到最小程度。此外该任务在于提出一种具有相应优化的保持元件的电动机。

技术方案

这个任务在保持元件方面由权利要求1的特征解决以及在电动机方面由权利要求11的特征解决。本发明的一些有利的扩展方案在从属权利要求中给出。在本发明的范围中包括由至少两个在说明书、权利要求书和/或附图中公开的特征的全部组合。

本发明基于的构思在于，这样设计尤其是成形的保持元件的弹簧段，使得弹簧段的外缘纤维应力在纵向上看至少在弹簧段的一个分段中至少是近似恒定的。优选弹簧段的一种构造，在该构造下，外缘纤维应力不仅在弹簧段的一个分段中在纵向上看是恒定的，而且沿着弹簧段的总的纵向延伸长度也是恒定的。换言之，该弹簧段按照本发明这样地设计，使得不仅在最大弯曲半径的部位中的拉应力而且在最小弯曲半径的部位中的压应力在优选平的板形的弹簧段的至少一个分段的纵向上看都是恒定的。当然，纤维应力在纵向延伸部的横向上看是不同的并且在中央纤维的区域中至少近似为零。至少近似恒定的外缘纤维应力在按照本发明的意义下是指一种纤维应力，该纤维应力在在纵向上的每个位置上基本上是恒定的，亦即与一个在纵向上平均的纤维应力的偏差小于10％。优选该偏差小于5％，特别优选小于1％。在保持元件的弹簧段的特别优选的一种实施形式中，即使弹簧段例如为了安装轴向固定的球轴承而在超过正常预紧力尺度的情况下沿径向向外伸展，也就是说过度伸展，该弹簧段，至少该弹簧段的一个分段，仍然在纵向上具有恒定的外缘纤维应力。相对于已知的保持元件，按照本发明的设计构思设计的具有如描述的那样构造的弹簧段保持元件具有实质性的优点。例如相对于已知的保持元件而言，保持元件的弹簧段在固定部位中受损的危险被大大地减小，尤其是在为了安装具有比换向器的直径大的直径的、轴向固定的球轴承而使弹簧段被过度弯曲的情况下。由于在纵向上恒定的外缘纤维应力和与此相关联地被优化的强度，因此避免了塑性变形。此外对于运行状态和在寿命期间上，亦即在逐渐磨损的换向器滑动触头情况下，保证滑动触头(碳刷)具有限定的支承力以及保持元件的定位角。此外滑动触头的定位角和支承力在公差要求上要大大地小于由许多部件组成的已知保持元件。

在本发明的扩展方案中有利地规定，如果外缘纤维应力不是在弹簧段的整个纵向延伸长度上恒定，那么恒定的纤维应力至少要达到弹簧段的总长度的90％以上。尤其是在与用于将保持元件固定在支架部件中的一个固定段直接相邻的外缘纤维应力应该至少是近似地，优选是精确恒定的。保持元件优选通过夹紧在支架部件(碳刷架)中实现固定。

实现在纵向上至少近似恒定的外缘纤维应力的一种可能性在于，这样地设计弹簧段，或至少弹簧段的一个分段，使得该分段或总弹簧段的由实心材料形成的横向延伸宽度b(x)在沿着纵向延伸长度的每个位置x上符合以下公式：

$b\left(x\right)=\frac{b_0}{l_0}\·(l_0-x).$

在此处，由实心材料形成的横向延伸宽度是指由具有优选恒定厚度的实心材料填满的横向延伸宽度，亦即由实心材料形成的横向延伸宽度不考虑可能的在弹簧段中设置的空隙，尤其是裂口。在前面给出的公式中，1_o是具有恒定的外缘纤维应力的分段的长度或是当外缘纤维应力在弹簧段的总的纵向延伸长度上是恒定的时弹簧段的总长度。恒定的b_o是在一个与滑动触头背离的端部上，即在一个与弹簧段的夹紧部位直接相邻接或与保持元件的固定段直接相邻接的区域中，分段的或总弹簧段的由实心材料形成的横向延伸宽度。值b_o因此是在纵向上看在离开滑动触头最远处的弹簧段部位上由实心材料，即没有考虑空隙而形成的宽度。变量x是一个纵向延伸长度坐标并且表示沿着分段或总弹簧段的纵向延伸长度上的一个任意位置。

如果弹簧段或弹簧段的分段完全由实心材料构成，那么一个符合上述公式的分段或弹簧段在朝着保持段方向的纵向上是逐渐变窄的，亦即它的横向延伸宽度在纵向上看优选线性地减小。特别有利的是相对于分段或弹簧段的纵向中心轴线(对称轴线)对称地构造该弹簧段或分段。

尤其是在由实心材料形成的分段或弹簧段中形成一种梯形地在换向器滑动触头的方向上逐渐变窄的轮廓。

如果在弹簧段或弹簧段的分段设有凹槽，尤其是设有裂口形式的凹槽，那么只要由实心材料形成的横向延伸宽度在分段或弹簧段的纵向上看朝着换向器滑动触头方向上是减小的，就可以实现分段或弹簧段的几乎任意的周边轮廓。

因此在本发明的扩展方案中，例如可以实现分段和/或弹簧段的实际宽度在纵向上看至少是近似恒定的。这例如可以如此实现，即在纵向上朝着换向器滑动触头看，有一个展宽的优选对称的内部的凹槽。在一种特别有利的实施形式中，该凹槽尤其是对称地在朝着换向器滑动触头方向上以三角形或梯形的形式扩展，尤其是这样地扩展，使得与该凹槽相邻的由实心材料形成的横向延伸宽度满足上述公式。

为了保证在换向器滑动触头和换向器滑动触头顶靠在其上的转动的换向器之间具有确定的相对位置，优选在一个实施形式中，尤其是将换向器滑动触头夹持地保持的保持段具有一个刚性的亦即非弹性的底平面。优选该底平面或底表面直接地过渡到亦即无接缝地进入保持元件的弹簧段中。

在一种特别有利的实施形式中，弹簧段在它的与换向器滑动触头背离的端部上过渡到一个固定段中，通过该固定段保持元件被固定在电动机中，尤其是固定在支架部件(碳刷架)中。优选该固定段具有定位结构形状和/或夹圈结构形状，以实现将保持元件确定地固定在优选由热塑性材料制成的支架部件中。附加地或备选地，保持元件可以以其固定段张紧在支架部件中和/或引入热或超声波形式的能量被压制在固定部位上。这样形成的底切部防止保持元件从其安装位置上滑出。

本发明还涉及一种电动机，其包括抗转动地与电枢轴连接的换向器，换向器上顶接着至少一个换向器滑动触头，后者被保持在按照本发明的设计构思设计的保持元件中。优选该电动机具有与电枢轴固定连接的球轴承，在安装时该球轴承轴向地推移穿过具有多个各带有一个换向器滑动触头的保持元件的支架部件，在此期间保持元件被过度伸展。所述安装方法应该被看作是独立的发明被公开并且可以单独要求权利。

附图简述

本发明的其它优点、特征和细节由下面对优选实施例的描述以及依据附图得出。附图所示：

图1是一个预张紧的保持元件的侧视图，

图2是按照图1的保持元件的透视图，

图3是一个电动机的局部图，多个保持元件布置在一个塑料支架部件中并且各有一个换向器滑动触头沿径向向内在弹簧力下被加载在一个换向器上，和

图4是保持元件的一个备选实施例，其中在纵向延伸长度上看，弹簧段具有恒定的总宽度。

本发明的实施形式

在附图中相同的部件和具有相同功能的部件采用相同的附图标记表示。

图1和2中示出了用于图3所示换向器滑动触头2的保持元件1。借助于保持元件1将换向器滑动触头2沿径向向内在弹力下压在电动机4的可转动布置的换向器3上。

附图中示出的保持元件1是由金属制成的、单体件的冲压弯折件，在此处是由弹簧钢板制成。保持元件1包括一个平的弹簧段5，它在图1和3示出的状态下通过在它的纵向延伸长度的横向上弯曲而被预张紧。在这种情况下，在图3中示出的定位角α确定支承力F_A，换向器滑动触头2以该支承力支承在换向器3的外周面上。

弹簧段5设计成使弹簧段5的一个分段6的外缘纤维应力在分段6纵向上至少近似恒定。在具有长度1_o的分段6中，弹簧段5在保持段7的方向上逐渐变细，亦即它的由实心材料形成的宽度(在纵向延伸长度的横向上)相对于没有画出的纵向中心轴线对称地减小。此时由实心材料形成的宽度b(x)在沿着分段6的纵向延伸长度的每个位置x上满足公式：

$b\left(x\right)=\frac{b_0}{l_0}\·(l_0-x).$

由此得出在图1至3中完全由实心材料形成的分段6的一种梯形轮廓。

如图2所示，分段6的长度1_o基本上等于弹簧段5的总长度，分段6的长度1_o只比弹簧段5的总长度短了最小区段a。在弹簧段5的与保持段7相邻的区域中(长度a)，不是象分段6中那样在保持段7的方向上看线性地减小宽度，而是甚至通过设置向外弯曲的过渡半径8增大宽度。在所示实施例中，在最小长度a至保持段7的界线范围中忍受了外缘纤维应力不恒定的缺点，以避免缺口效应产生的强度损失，如果弹簧段5尖棱角地或者以极小的过渡半径过渡到保持段7中时则会出现这种缺口效应。

如从图1和2得出的那样，弹簧段5在它的位于图面左边的端部9上它的宽度为b_o，该端部与一个固定段10相邻接，后者在所示实施例中具有一个推移到保持支柱11(参见图3)上的夹圈。在用箭头12，13表示的部位12，13上，保持元件1支撑在图3所示的塑料制成的支架部件14中。此时用箭头13表示的部位与图面中左边的亦即与保持段7背离的弹簧段5端部9重合。固定段10的备选结构方案，例如具有定位几何结构，也是可以实现的。附加地或备选地，固定段10可以与支架部件14挤压在一起。

在与端部9背离的端部15上，弹簧段5过渡到保持段7的一个刚性的亦即非弹性的底平面16。沿着保持段7的两个纵向侧具有向外凸出的弹性伸展的侧壁17，它们用于在侧面上对安装在穿过刚性底平面16的通孔18中的换向器滑动触头导向。通孔18的侧边由四个分别相互错开90°的弹簧夹持片19限界，这些弹簧夹持片将换向器滑动触头2夹持在它们之间。弹簧夹持片19此时在保持元件1的弯曲方向上延伸，而侧壁17指向相反的方向上。

图3中示出了具有三个保持元件1的支架部件14(碳刷架)。其中三个保持元件1各夹紧地保持一个换向器滑动触头2并且用弹力将该换向器滑动触头在径向上向内弹性地压在与未示出的电枢轴抗扭转地连接的换向器3上。在所示的电动机4情况下涉及的是一种可以在两个功率级之间切换的电动机，其中在右边的半个视图中所示的保持元件1被布置成能够实现一种有目的的误换向(空换向)(Fehlkommutierung)。

图4示出了保持元件1的一个备选实施例。在这个保持元件1中，弹簧段5的总宽度是恒定的并且在沿着弹簧段5的纵向延伸长度的每个位置x上都等于起始宽度b_o。但是在弹簧段5的纵向上朝着保持段7方向上看，弹簧段5的由实心材料形成的横向延伸宽度是减小的。由实心材料形成的横向延伸宽度此时至少近似满足以下公式：

$b\left(x\right)=\frac{b_0}{l_0}\·(l_0-x).$

这在所示的实施例中是这样实现的，即在弹簧段5中设置一个在纵向上延伸的凹槽20，该凹槽的轮廓是三角形的并且它的宽度在弹簧段的纵向上朝着保持段7方向上看是线性增大的。由实心材料形成的横向延伸宽度b(x)在每个位置x上由部分宽度b₁(x)和b₂(x)相加得出。

Claims (11)

1.用于电动机(4)的换向器滑动触头(2)的保持元件，包括可以通过弯曲预张紧的弹簧段(5)，其特征在于，弹簧段(5)这样地设计，使得如果弹簧段被预张紧，那么外缘纤维应力在纵向上至少在弹簧段(5)的一个在纵向上延伸的分段(6)中，优选在整个弹簧段(5)中，至少是近似恒定的。

2.按照权利要求1所述的保持元件，其特征在于，分段(6)的长度(1_o)至少等于弹簧段(5)总长度的90％。

3.按照权利要求1或2之一所述的保持元件，其特征在于，分段(6)或弹簧段(5)的由实心材料形成的横向延伸宽度b(x)在沿着分段(6)或弹簧段(5)的纵向延伸长度的每个位置x上满足：

$b\left(x\right)=\frac{b_0}{l_0}\·(l_0-x),$

其中1_o是弹簧段(5)的分段(6)的长度或弹簧段(5)的总长度，b_o是分段(6)在它与换向器滑动触头(2)背离的端部(9，15)上的由实心材料形成的横向延伸宽度或是弹簧段(5)在它与换向器滑动触头(2)背离的端部(9，15)上的由实心材料形成的横向延伸宽度。

4.按照权利要求3所述的保持元件，其特征在于，分段(6)和/或弹簧段(5)的由实心材料形成的横向延伸宽度b(x)在纵向上朝着换向器滑动触头(2)方向上看是减小的。

5.按照前述权利要求之一所述的保持元件，其特征在于，分段(6)和/或弹簧段(5)的轮廓是梯形的。

6.按照前述权利要求之一所述的保持元件，其特征在于，在分段(6)中和/或在弹簧段(5)中设置有至少一个凹槽(20)。

7.按照权利要求6所述的保持元件，其特征在于，分段(6)和/或弹簧段(5)的实际的宽度在纵向上看是恒定的。

8.按照权利要求6或7之一所述的保持元件，其特征在于，在纵向上朝着换向器滑动触头(2)方向上看，凹槽(20)在其纵向延伸长度的横向上优选三角形地或梯形地扩展。

9.按照前述权利要求之一所述的保持元件，其特征在于，设有与弹簧段(5)相邻接的、优选具有刚性的底平面(16)的保持段(7)，其尤其是用于夹持地保持换向器滑动触头(2)。

10.按照权利要求9所述的保持元件，其特征在于，弹簧段(5)在纵向上看布置在保持段(7)和一个优选为夹圈形状的固定段(10)之间，该固定段用于将保持元件(1)固定在电动机(4)中，尤其是在一个支架部件(14)中。

11.具有换向器(3)的电动机，换向器上顶接有至少一个换向器滑动触头(2)，该换向器滑动触头用按照前述权利要求之一所述的保持元件(1)保持。

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