CN101931157B - 碳刷 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碳刷(20)，所述碳刷用于与一种可以相对于碳刷移动的接触结构形成电接触，所述接触结构优选为一种电动机的换向器，所述碳刷具有一种由含碳材料制成的刷架(21)，其中刷架在其朝向接触结构的接触面(24)上配置有一种研磨结构(25)，其中研磨结构具有一种增附剂(26)与一种研磨颗粒(27)分布，所述研磨颗粒可以借助增附剂粘附在接触面上。

Description

碳刷

技术领域

本发明涉及一种碳刷，所述碳刷用于与一种可以相对于碳刷移动的接触结构形成电接触，所述接触结构优选为一种电动机的换向器，所述碳刷具有一种由含碳材料制成的刷架，其中刷架在其朝向接触结构的接触面上配置有一种研磨结构，另外本发明还涉及一种用于制造所述碳刷的方法。

背景技术

我们对本文开头所述结构的碳刷已经非常熟悉，所述碳刷用于借助碳刷接触面与换向器接触面之间的滑动接触与一种可以相对于碳刷移动的电接触结构(例如：电动机的一种换向器)形成电接触。同样大家也知道由这种电接触的特别特性所引起的不利影响，这些不利影响可以归因于各种不同的原因。

由于在电动机首次试车之后才会出现结构一致的接触面，所以在碳刷与接触结构之间开始往往会出现一种并非充分的接触，因此，不能在完成组装后就直接交付电动机，所以在碳刷端面与接触结构的表面之间出现一种对于电动机无故障运行充分的面接触之前，必须让电动机在一个单独的试车过程中“试车”。其中，不充分接触面的形成不仅仅是由于碳刷的不理想接触面，也有可能是由于接触结构表面具有锈蚀，或者接触结构表面不平整。

为了清除这种锈蚀或消除接触结构表面的不平整性，需要在构成接触面的端面区域给碳刷配置一种研磨结构。专利DE 27 34 749 A1公开了一种碳刷结构，所述碳刷结构具有一种研磨元件，所述研磨元件安装在一种构成碳刷端面的安装槽中，所述研磨元件可以通过研磨接触结构中的突起部位用于消除端面与接触结构接触面中的差异或消除表面锈蚀。

实践证明，生产一种具有以这种方式安装在刷架上的研磨元件的碳刷成本非常高，因为在生产刷架后，还需要对刷架进行切削加工以便加工出研磨元件的安装槽，从而将研磨元件安装在刷架中。

发明内容

本发明的任务在于建议一种带有集成研磨结构的碳刷，所述碳刷制造简单，其中研磨结构的构成易于与生产刷架的生产工艺混合在一起。

在根据发明所述的碳刷中，研磨结构具有一种增附剂与一种研磨颗粒分布，所述研磨颗粒可以借助增附剂安装在接触面上。

根据发明所述的碳刷同样可以按照传统的生产工艺生产刷架，在刷架末端给刷架配置有一个接触面，所述接触面已经具有适合与接触结构接触的形状。借助一种增附剂可以将研磨结构安装在端面上，所述增附剂可以在研磨颗粒(例如：浮石粉尘)与端面之间形成一种机械连接。

通过这种结构与方式，根据接触结构表面构成的刷架接触面一方面在其表面形状上不受研磨结构的影响。这样就会导致，在通过与接触结构的研磨接触所磨合过的研磨机构磨合后，接触面就可以一直与接触结构整面接触。这样，在接触面与接触机构初次接触时，碳刷的整个横截面就已经可以用于将电流导入接触结构中，而不会出现因降低接触面尺寸而提高接触电阻的情况。另外，由于研磨结构具有一种可以借助增附剂粘附到接触面上的研磨颗粒，所以在刷架接触面与接触结构之间首次接触后可以确保不受限制地使用生产刷架所用含碳材料的导电特性，刷架上的任何研磨物在端面首次接触后都不会导致导电性能变差。

试验表明，由于通过研磨结构确定的运行性能，所以与传统碳刷相比，配置有本发明所述研磨结构的碳刷使用寿命明显提高。

根据碳刷的一种优选结构示例所述，增附剂可以用作定位机构用于定义研磨颗粒的空间位置。相应地，研磨颗粒可以直接分布在增附剂上，从而不需要单独的材料用于定义分布的颗粒材料。

在碳刷的一种可选结构形式中，增附剂用于连接定位结构与接触面，所述定位结构用于在空间上定位研磨颗粒材料。这样就可以实现增附剂与定位结构之间的功能差异，从而使得仅仅根据其材料特性就可以构成增附剂，而不必考虑为增附剂选择一种可以在空间上均匀分布(例如：悬浮液)研磨颗粒的材料。从而也可以不用根据增附剂选择构成定位结构的材料，例如：可以选择一种具有针织结构的衬底作为定位结构，或选择一种由羊毛毡制成的衬底作为定位结构，在所述衬底上可以粘附定义颗粒大小与分布的研磨颗粒。

不管增附剂是本身用作定位结构还是仅仅用于连接定位结构与端面，但经证明比较有利的是，增附剂和/或定位结构是导电结构的。相应地，不用根据可能的导电性能选择研磨颗粒。特别是可以使用仅仅只需根据研磨特性选择的电绝缘体。

为了配置具有导电性能的增附剂或定位结构，比较有利的是给增附剂或定位结构配置一种导电添加物，例如：配置可以嵌入增附剂或定位结构中的碳纤维。

根据研磨颗粒研磨作用的形式与范围，仅用在带有增附剂的接触面范围内配置研磨颗粒就足够了，而不必在整个接触面上配置研磨颗粒，也就是说只用相应的区域配置研磨颗粒，这样的话，在端面上构成的研磨结构不是以整面的形式而是以结构化的形式构成的。

在根据发明所述的碳刷生产工艺中，首先要提供一种由含碳材料构成的刷架，包括接触面的结构。接下来借助一种涂覆在接触面上的增附剂将具有研磨颗粒材料的研磨结构粘附在接触面上。

根据发明所述的方法可以在一种第一工艺阶段生产一种刷架，所述刷架已经根据碳刷配置有接触面，以便在试车阶段之后稳定运行。根据发明所述生产工艺，研磨结构不会对接触面结构造成影响或损伤。特别是在根据发明所述的生产工艺中，可以生产一种配置有研磨结构的碳刷，可以以一种简单的形式与方法集成到生产传统碳刷的工艺中，而不必对接触面进行休整。

特别有利的是，在刷架上构成的研磨结构可以通过如下方式生产，即，在将研磨颗粒粘附到接触面上前，要给研磨颗粒添加增附剂。这样可以简单地通过生产一种研磨颗粒分布装置在增附剂中形成研磨结构，例如，通过以下方式，即，在将研磨颗粒材料粘附到接触面上前，可以给研磨颗粒材料添加增附剂，从而形成一种悬浮液。在一种可选工艺方案中，在一种第一步骤中，将增附剂粘附在刷架的接触面上，在接下来的一个步骤中将研磨颗粒与增附剂连接在一起。

其中特别有利的是，如果研磨颗粒与增附剂的连接是通过从颗粒材料库中获取研磨颗粒材料实现的，例如：可以通过将刷架以如下方式浸入一种颗粒材料库中，所述刷架的接触面覆有增附剂，研磨结构是通过粘附在增附剂上的颗粒材料构成的。

也可以选择研磨结构通过如下形式安装在刷架的接触面上，即，将一种配置有颗粒材料的衬底粘附在增附剂上。

附图说明

下面将根据附图与一种优选的结构示例对本发明进行详细说明。其中：

图1为碳刷的一种第一结构形式；

图2为碳刷的一种第二结构形式；

图3为碳刷的一种第三结构形式；

图4为碳刷的一种第四结构形式；

图5为一种将增附剂层涂覆到刷架接触面上的装置；

图6为一种将研磨颗粒层涂覆到增附剂层上的装置；

图7为一种将研磨颗粒涂覆到刷架接触面的增附剂层上之后所产生的研磨结构；

图8为一种带有研磨结构的碳刷改进结构形式；

图9为一种带有研磨结构的碳刷改进结构形式；

图10为一种带有研磨结构的碳刷改进结构形式。

具体实施方式

图1示出了一种带有刷架21的碳刷20，所述刷架由优选为石墨的含碳材料制成，在本结构示例中，所述刷架在与其配置有连接绞合线22的连接末端23相对的地方具有一个凹形接触面24，所述接触面配置有研磨结构25。

图1中所示碳刷20的接触面24用于与一个在这里没有详细示出的、具有圆柱表面的电动机换向器装置形成一种导电研磨接触，由于接触面24的凹形结构，所以安装在接触面24上的研磨结构25磨损后，接触面24与在换向器表面上构成的接触结构之间会出现一种紧靠接触。

研磨机构25具有一种增附剂26，所述增附剂由一种合适的粘结剂或粘合剂构成，例如：环氧树脂，所述增附剂按照定义的分布要求定位研磨颗粒27。研磨颗粒27可以由不同的材料制成，其中，研磨颗粒27的研磨效果很重要。例如：在研磨颗粒27中涉及到一种材料，在专业术语上这种类型的研磨颗粒称为“浮石粉尘”，并且最终包括定义颗粒大小的每种矿物颗粒，其中，所选择的颗粒大小级别，也就是说颗粒大小的允许范围限制，要根据期望的摩擦进行效果选择。如果不使用“浮石粉尘”，也可以使用碳化硅、氧化铝、氧化铁、氧化硅、石英、碳化物、塑料颗粒与由以上所述材料组成的混合材料，这些材料具有充分的摩擦特性。其中，根据所期望的摩擦效果可以将颗粒大小限定在0.1至150μm之间。

与图1中所示碳刷20结构示例将环氧树脂用作增附剂不同的是，也可以使用另外一种物质，所述物质可以将研磨颗粒粘附在接触面24上，如：粘结膏、油脂、油、油漆与树脂。

在图1所示的结构示例中，研磨颗粒27分布在增附剂26中，这样增附剂不仅用于在研磨颗粒27与接触面24之间形成一种机械连接，而且还会用于构成一种可以使研磨颗粒27相对于接触面24定位的定位结构。其中，增附剂26的样式的选择对于抗剪强度非常重要，利用抗剪强度可以使研磨颗粒27固定在接触面24上。

图2示出了另外一种结构形式的碳刷28，所述碳刷具有一种与碳刷20相同的刷架21，所述刷架的接触面24配置有研磨结构29。

与图1所示碳刷20的研磨结构25不同的是，研磨结构29配置有一种与接触面24成表面平行的研磨接触面30。因此，与碳刷20的平整研磨接触面31不同的是，研磨接触面30在换向器为圆柱形结构时可以从开始就以整个面的形式与换向器的接触表面接触在一起。

图3示出另外一种结构形式的碳刷32，所述碳刷具有一种在结构上与碳刷20(图1)和28(图2)相同的刷架21，所述刷架的接触面24具有一种研磨结构33。研磨结构33具有一种与研磨结构25以及29不同的结构，因为研磨颗粒27没有直接定位在增附剂34中，而是将要定位的研磨颗粒27定位在一种独立于增附剂34构成的定位结构35的接触面24上。定位结构35可以由一种衬底形基座构成，例如：一种由纤维网优选由纸构成的基座，在所述基座的表面上，研磨颗粒27嵌入粘结材料36中。

图3所示碳刷32的结构形式的优点在于，定位结构35与要粘附在其之上的研磨颗粒27可以一起作为一个单独的操作单元进行预批量生产。在所谓的“砂纸”结构中就是这种情况，所述砂纸就是借助增附剂34粘附到接触面24上的。

图4示出了一种碳刷37，与碳刷32相比，其配置有一种做了稍微改动的研磨结构57，而接合面38与刷架21的接触面24成面平行，因此可以得出一种与接触面24相应的凹形研磨接触面39，通过所述接合面可以利用增附剂34连接定位结构35。

在图5至图7中涉及到图4所示碳刷37的结构示例，示出了一种用于将研磨结构57粘附到刷架21接触面24上的方法。如图5所示，在该方法中所使用的装置包括一种第一着料辊40，所示着料辊可以通过如下方式在一种在这里没有进一步示出的增附剂池中转动，即，在一个辊表面41上构成有一种增附剂膜42。为了将以增附剂膜42的形式覆在着料辊40上的增附剂34粘到刷架上，要使刷架21在进给轴58的方向上完成进给运动，从而在接触面24与增附剂膜42接触后将相应的增附剂膜粘结到接触面24上。

如图6所述，配置有一种第二着料辊43，以将一种研磨颗粒27粘结到位于接触面24上的增附剂膜42上，所述着料辊可以在一种在这里没有进一步示出的装有散装研磨颗粒27的储料池中转动，并配置有一种粘附层44。为了可以将研磨颗粒27从着料辊43传递到安装在接触面34上的增附剂膜42上，可以在图6中所示进给轴58的方向上完成配有增附剂膜42的接触面24与着料辊43的辊表面45之间的接触，接下来，在图7所示的增附剂膜42上就可以粘附研磨颗粒27。

在图8至图10中示出了其它结构形式的碳刷46、47与48，所述碳刷在刷架59的接触面52上配置有不同的研磨结构49、50与51。

在图8至图10中所示的碳刷46至48中，碳刷配置有一种平整的接触面52，因此特别适用于与圆盘形换向器结构接触。

在图8所示的研磨结构49中，一种可竖直于绘图平面延伸的增附剂54带形结构53具有一种在本情况下等距分布的增附剂带55。与增附剂54的带形结构53不同的是，研磨颗粒27分布在接触面52的整个面上。如图8所述，在研磨结构49磨损的情况下，通过这种方式可以得出一种开始整面的研磨接触，接下来紧邻接触面52出现一种由增附剂带55之间的研磨间隙56构成的一种带形研磨接触。

图9示出了研磨结构50，在所述研磨结构中，与图8相同的是，配置有一种增附剂带55形式的增附剂54，与图8所述结构形式不同的是，研磨颗粒27仅仅粘附在增附剂带55上，而没有安装在中间，所以在研磨接触开始时就已经在研磨结构50与换向器之间产生了一种带形研磨接触。

最后，图10示出了一种研磨结构51，在所述研磨结构中，增附剂54同时用于构成一种定位机构，从而对研磨颗粒27进行空间定位。

Claims (11)

1.一种碳刷（20，28，32，37，46，47，48），所述碳刷用于与一种可以相对于碳刷移动的接触结构形成电接触，所述接触结构为一种电动机的换向器，所述碳刷具有一种由含碳材料制成的刷架（21），其中刷架在其朝向接触结构的接触面（24，52）上配置有一种研磨结构（25，29，33，49，50，51，57），其特征在于，研磨结构具有一种增附剂（26,34,42,54）与一种研磨颗粒（27）分布，所述研磨颗粒可以借助增附剂粘附在接触面上。

2.根据权利要求1所述的碳刷，其特征在于，增附剂（26，42）可以用作定位结构用于空间定位研磨颗粒（27）。

3.根据权利要求1所述的碳刷，其特征在于，增附剂（34）可以用于连接定位结构（35）与接触面（24，52），所述定位结构用于在空间上定位研磨颗粒材料。

4.根据以上权利要求中任一项权利要求所述的碳刷，其特征在于，增附剂或定位结构中至少一种是导电的。

5.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的碳刷，其特征在于，增附剂或定位结构中至少一种配置有一种导电添加物。

6.根据权利要求3所述的碳刷，其特征在于，增附剂（54）仅粘附在接触面（52）上。

7.用于生产根据权利要求1至6中任何一项权利要求所述碳刷的方法，其特征在于，具有生产步骤：

——提供一种由含碳材料构成的刷架（21），

——借助一种粘附到接触面上的增附剂（26，34，42，54）可以将一种具有研磨颗粒（27）的研磨结构（25，29，33，49，50，51，57）安装到刷架的接触面（24，52）上。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在将研磨颗粒粘附到接触面（24，52）上之前，要给研磨颗粒（27）添加增附剂（26）。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在一种第一步骤中，将增附剂（42）粘附在刷架（21）的接触面（24）上，在接下来的一个步骤中将研磨颗粒（27）与增附剂（42）连接在一起。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，研磨颗粒（27）与增附剂（42）的连接是通过从颗粒材料库中获取研磨颗粒材料实现的。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，为了连接研磨颗粒（27）与增附剂（34），可以将定位结构（35）粘附到增附剂上，所述定位结构具有以定义空间位置分布的研磨颗粒。

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