CN102064447A - 电机换向器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电机换向器及其制造方法。该换向器包括换向部分和接线部分这两大部分。接线部分包括绝缘的端子底座和若干导电的接线端子，端子底座具有一个轴向通孔以安装到电机转轴上。换向部分包括绝缘基座、部分地嵌入到绝缘基座的若干石墨换向片和若干电连接片，每个电连接片焊接到一个石墨换向片，绝缘基座具有轴向的通孔以安装到电机转轴上。所述换向部分固定安装到所述接线部分，换向部分的通孔与接线部分的通孔连通，换向部分的电连接片与接线部分的接线端子导电连接。实施本发明，能够防止石墨换向片松动或者脱离。此外，这个换向器包括可拆卸的换向部分和接线部分，具有较大的灵活性。

Description

电机换向器及其制造方法

技术领域

本发明涉及有刷电机的换向器以及制造换向器的方法。

背景技术

公开号为EP0529911的欧洲专利公开了一种碳换向器及其制造方法，参考图32，该碳换向器包括绝缘的柱状电木91、若干带有挂钩95的铜制连接片92、若干石墨换向片93，每个石墨换向片93与一个铜制连接片92电连接。在制造时，将铜制连接片92安装到电木91之后，在电木91外周注塑一个石墨环，然后切割该石墨环以形成所述若干石墨换向片93。铜制连接片92上设置有孔94供石墨换向片93的一部分填入。

这种换向器的一个缺陷是石墨换向片93与电木91的结合不够牢固，石墨换向片93在碳刷的摩擦作用下容易松动或者脱落。此外，电木91的熔点较低，注塑石墨环之时会导致电木91软化，在注塑石墨环之后不能对石墨环进行高温碳化处理导致石墨环的电阻较高。另外，铜制连接片92的长度与换向器的轴向长度，需要使用较多的铜材料，提高了成本。

发明内容

本发明的一种电机换向器，该电机换向器包括接线部分和换向部分，其中：接线部分包括具有轴向通孔的端子底座以及若干接线端子，所述若干接线端子安装到所述通孔的周围用于电连接线圈元件的线端；换向部分包括具有轴向通孔的绝缘基座、若干石墨换向片以及若干电连接片，每个电连接片焊接到对应的一个石墨换向片，每个石墨换向片具有摩擦面暴露在绝缘基座外用于与碳刷磨擦接触；所述换向部分安装到所述接线部分，绝缘基座的通孔与端子底座的通孔连通，所述电连接片一端从绝缘基座伸出并与对应的接线端子电连接。

本发明的一种改进是：所述接线部分中，端子底座的一个端面具有若干下凹的端子腔分布在所述通孔的周围，所述接线端子安装到对应的端子腔中；所述换向部分中，从绝缘基座伸出的电连接片插入到所述端子腔中与对应的接线端子电连接。

在一个实施例中，所述接线部分中：接线端子一部分位于端子腔内，一部分伸出端子底座外；位于端子腔内的部分具有一个卡槽，卡槽的最小宽度略小于电连接片的厚度以便于与插入到卡槽的电连接片形成电连接；位于端子底座外的部分具有挂钩用于连接接线圈元件的线端。

在一个实施例中，所述接线部分中：端子底座具有若干线架分布在所述通孔周围，所述线架上具有挂线槽用于支承线圈元件的线端，所述端子腔形成在所述线架中；接线端子具有一个卡槽和一个夹线槽，所述夹线槽和所述卡槽的开口相反，所述卡槽的最小宽度略小于电连接片的厚度以便于与插入到卡槽的电连接片形成电连接，所述夹线槽用于夹持由所述挂线槽支承的线圈元件线端并与所述线端形成电连接。

在一个实施例中，所述换向部分中：所述石墨换向片为扁平的扇叶状，其中一个扇面暴露在绝缘基座的一端作为所述磨擦面用于与碳刷摩擦接触，另一个扇面焊接有所述电连接片，所述电连接片部分嵌入到所述绝缘基座。

在一个实施例中，所述换向部分中：所述石墨换向片为沿绝缘基座轴向延伸的片状，其中一个侧表面暴露在绝缘基座的圆周表面作为所述磨擦面用于与碳刷磨擦接触，另一个侧表面具有凸出的嵌合部嵌入到所述绝缘基座，所述电连接片焊接到所述石墨环的一端。

本发明的另一个目的是提供一种制造电机换向器的方法，包括制造换向器的接线部分和换向部分以及将换向部分安装到接线部分。其中，制造接线部分包括：构造绝缘的端子底座，所述端子底座具有一个轴向的通孔，端子底座的一个端面具有若干下凹的端子腔分布在所述通孔的周围；构造若干接线端子，将接线端子安装到对应的端子腔中，所述接线端子用于电连接线圈元件的线端。制造换向部分包括：构造导电的石墨环，构造若干电连接片，将所述若干电连接片焊接到所述石墨环；注塑一个绝缘基座以镶嵌所述石墨环和电连接片，所述绝缘基座具有轴向通孔位于石墨环内，石墨环的一部分表面暴露在绝缘基座外，电连接片的一端伸出绝缘基座外；对所述石墨环开槽将石墨环分成若干互相绝缘的石墨换向片，每个石墨换向片连接有一个电连接片，每个石墨换向片具有一个摩擦面用于与碳刷磨擦接触。将所述换向部分安装到所述接线部分时，使绝缘基座的通孔与端子底座的通孔对齐，使电连接片的一端插入到端子底座的端子腔并与对应的接线端子电连接。

在一个优选实施例中，还包括对所述石墨环进行电镀、碳化处理。

实施本发明的实施例具有以下有益效果：本发明的换向器包括可分离的换向部分和接线部分，可以选择不同的换向部分和接线部分进行组合。换向部分中，石墨换向片与电连接片端焊并部分嵌入到绝缘基座(电木)中，防止石墨换向片松动或者脱落。接线部分中所用的铜材料较少，节省了成本。此外，可以在注塑绝缘基座之前对石墨环进行电镀、碳化处理，以降低石墨换向片的电阻。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

附图中：

图1是本发明第一实施例中的石墨环的示意图；

图2是图1所示石墨环的另一个端部的示意图；

图3是将电连接片焊接到图2所示石墨环端部的示意图；

图4是对图3所示的组件嵌件成型绝缘基座后的示意图；

图5是对图4所示的石墨环开槽后的示意图；

图6是本发明第一实施例中的绝缘端子底座的示意图；

图7是与图6所示端子底座对应的接线端子；

图8是安装有接线端子的端子底座的示意图；

图9和图10分别是本发明第一实施例的换向器的立体示意图、剖视图；

图11是本发明第二实施例中的石墨环的示意图；

图12是对图11所示石墨环的一个端面进行电镀后的示意图；

图13是与图11所示石墨环匹配的电连接片的示意图；

图14是将电连接片焊接到图12所示石墨环端部的示意图；

图15是对图14所示的组件嵌件成型绝缘基座后的示意图；

图16是对图15所示的石墨环开槽后的示意图；

图17是本发明第二实施例中的绝缘端子底座的示意图；

图18是与图17所示端子底座对应的接线端子；

图19是安装有接线端子的端子底座的示意图；

图20是本发明第二实施例的换向器的立体示意图；

图21和图22分别是本发明第三实施例的换向器的立体图和剖视图；

图23和图24是本发明一个实施例中电连接片、以及电连接片围成的环；

图25至图27示出了本发明另一个实施例中制造电连接片环的步骤；

图28至图31示出了本发明另外一个实施例中制造电连接片环的步骤；

图32是现有的换向器的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。

本发明的换向器包括换向部分和接线部分这两大部分。下面将结合附图对本发明的优选实施例进行详细地描述。

实施例一

下面结合图1至图5阐述本实施例的换向部分的制造过程。

首先，构造一个如图1所示的圆柱状石墨环100，该石墨环100的内侧具有若干向内凸出的嵌合部101，各个嵌合部101互相隔开。本实施例中，嵌合部101呈块状，沿轴向延伸，嵌合部101在石墨环径向横截面上近似于一个梯形，该梯形的靠石墨环100中心轴的底边大于远离中心轴的底边以便于固定嵌入到后续步骤中成型在石墨环100内的绝缘基体中。接着，对石墨环100进行碳化处理以提高石墨环的导电性能，降低石墨环的电阻。

接着，如图2所示，对石墨环100的一个端面进行电镀处理以在该端面上形成镀层102，该镀层102优选为镍铜镀层。在此步骤中，还可以对石墨环内侧表面进行电镀以进一步降低石墨环的电阻。此外，嵌合部101的一个表面最好与该电镀处理的端面平齐，以便于后续步骤中将电连接片焊接到该端面。

然后，如图3所示，将各个电连接片103焊接到石墨环上具有镀层102的端面。每个电连接片103至少对应一个嵌合部101。在本实施例中，电连接片103具有一个弯折部，呈L型。电连接片103的一个外表面紧贴到石墨环的镀层102，每个电连接片102与对应的嵌合部101轴向对齐。

接着，如图4所示，注塑一个与石墨环100配合的绝缘基座104。绝缘基座104由绝缘的树脂构成，例如酚醛塑料(phenolic)。绝缘基座104包覆石墨环100内部和石墨环100的焊有电连接片的端部，绝缘基座104中间具有沿轴向延伸的通孔105以安装到电机转子的转轴上，通孔105的中心轴与所述石墨环100的中心轴重合或者基本重合。电连接片103的下端伸出在绝缘基座外。为了更稳固地将电连接片103固定到绝缘基座104中，可以在电连接片103上端构造嵌入孔106(参考图3)，在注塑绝缘基座104时绝缘基座104的一部分进入电连接片的通孔106。替换地，可以在电连接片103上构造爪部，并使瓜部嵌入到绝缘基座104中。

随后，如图5所示，对石墨环100进行开槽处理，将石墨环100分割成若干互相绝缘的石墨换向片107，每个石墨换向片107都焊接有一个电连接片103并具有至少一个嵌合部101，每个石墨换向片107都具有一个摩擦面暴露在绝缘基座的外周表面外用于与碳刷磨擦接触。至此，完成了换向部分的制造。本说明书中，将这种柱状的换向部分称为桶状(barrel)换向部分，桶状换向器中，石墨换向片107的分布在绝缘基座104的外周表面。石墨环可以采用树脂粘合石墨或者碳化石墨等来制造。

下面结合图6至图8阐述本实施例的接线部分的制造过程。其中，图6和图7分别是本实施例的接线部分的端子底座121、接线端子211的示意图，图8是组装好的接线部分的示意图。

如图6所示，端子底座121具有一个轴向通孔122以安装到电机转子的转轴。端子底座121呈花冠状，包括若干径向伸出的线架123，线架123具有挂线槽125用于支承线圈元件的线端。线架123的数量与图5所示的电连接片103的数量相同，这些线架123互相隔开并均匀地分布在通孔122的周围，每个线架123与一个电连接片103对齐。每个线架123上设有一个下凹的端子腔124用于安装接线端子211。

如图7所示，接线端子211由金属薄片弯卷而成，金属薄片的四个角具有伸出的肋用于形成接线端子211的四个支撑臂214。将接线端子211安装到端子底座121的端子腔124时，这四个支撑臂214由端子腔124的侧壁支撑。接线端子211还具有一个卡槽212和一个夹线槽213，卡槽212的开口方向朝向上述四个支撑臂214所在的平面，而夹线槽213的开口方向背离所述四个支撑臂214所在的平面。卡槽212供图5所示的电连接片103插入以形成电连接，夹线槽213用于夹持线圈元件的线端以形成电连接，下面将会阐述具体的使用过程。

在绕制转子的电枢绕组之前，将端子底座121安装到电机转子的转轴上，使端子底座121靠近转子铁芯。接着，在绕制转子的电枢绕组时，将线圈元件的线端横跨对应的线架123，由端子腔124两侧壁的挂线槽125支承线端。然后，将每个接线端子211安装到对应的端子腔124中，使夹线槽213夹持被挂线槽125支承的线端。为了便于线端与接线槽213形成电连接，夹线槽213的宽度从槽口到槽底是逐渐减小的，这样，将接线端子211按入端子腔过程中，夹线槽213靠槽底的部分就可以破坏线端的绝缘层从而与线端形成电连接。这种方案中，接线端子211与电枢绕线是机械连接(MC)不是加热焊接(HC)，本说明书中将这种机械连接的接线部分简称为MC型接线部分。

完成电机转子的电枢绕组之后，将换向部分安装到接线部分。图9和图10分别是组装好的换向器立体示意图、剖面示意图。如图9和图10所示，换向部分的各个电连接片103的一端插入到对应的接线端子211的卡槽212中，形成电连接片103和接线端子211之间的电连接。为此，接线端子103的卡槽的最小宽度应当小于电连接片103下端的厚度。这样，换向器的换向部分就和接线部分固定连接在一起。此外，因为换向器的接线部分与电机转轴是紧配，换向器的换向部分与电机转轴也是紧配，所以接线部分能够相对于换向部分固定，两者之间不会发生相对转动。在必要时，还可以使用粘合剂来粘结接线部分和换向部分。

实施例二

下面结合图11至图16阐述本实施例的换向部分的制造过程。

与实施例一类似，首先构造如图11所示的石墨环200，但是，本实施例的石墨环是扁平状的。

接着，如图12所示，在石墨环的一个端面电镀上镍铜镀层202，以便于随后焊接电连接片并降低石墨环与电连接片相接处的电阻。石墨环的另一个端面将作为摩擦面用于与电机的碳刷摩擦接触。

然后，如图13所示，构造电连接片203，本实施例中，构造出的各个电连接片203围成一个环。每个电连接片203也大致呈L型，电连接片203的上端具有翻边，相邻的电连接片203的翻边连接在一起。

接着，如图14所示，将石墨环200安装到图13所示的电连接片环中，石墨环端面的镀层紧贴电连接片，石墨环200的外周表面最好紧贴到电连接片203的翻边的内侧表面。将电连接片203焊接所述镀层202。

接着，如图15所示，注塑一个与石墨环200配合的绝缘基座204，该绝缘基座204包覆石墨环带有镀层202以及石墨环的外周表面，电连接片203及其翻边都嵌入到绝缘基座204中，电连接片203一端伸出绝缘基座。绝缘基座204具有轴向的通孔205以安装到到电机转子的转轴，该通孔205的中心轴与石墨环200的中心轴重合或者基本重合，该通孔205的孔径小于所述石墨环200的内径。

然后，如图16所示，切割相邻的两个电连接片203之间的翻边，使各个电连接片203隔开。切换石墨环200将石墨环割成若干个互相隔开的石墨换向片207，每个石墨换向片204焊接有一个电连接片。至此，完成了换向部分的制造。本说明书中将这种换向部分成为扁平状(flat)换向部分。

图17和图18分别是本实施例的接线部分的端子底座221、接线端子231的示意图，如图17所示，本实施例的端子底座221与实施例一的端子底座121类似，同样具有位于中间的圆形通孔222和若干个下凹的端子腔224。但是，本实施例的端子底座221不需要设置挂线槽，因为本实施例的采用的接线端子231带有挂钩233可用于挂接和焊接线圈元件的线端。如图18所示，接线端子231还具有卡槽232用于与图15所示的换向部分的电连接片203形成电连接。

图19是将各个接线端子安装到端子底座的对应端子腔后的示意图。参考图18和图19，接线端子231安装在端子底座的端子腔内，接线端子231的挂钩233位于端子底座221外以便于挂接并焊接接线圈元件的线端。本说明书中，将这种采用挂接并焊接方式的接线部分称为加热连接(HC)型接线部分。加热连接主要是通过加热来破坏电枢绕线的绝缘层来形成电连接，因此，对电枢绕线的线径没有特别的要求，适用于多种类型的电枢绕线。

图20是组装换向部分和接线部分后的示意图。类似地，组装时，每个电连接片203的下端都插入对应的接线端子231的卡槽232中，卡槽232的最小宽度优选略小于电连接片203下端的厚度，以便于电连接片203与卡槽232形成电连接。至此，完成了换向器的制造。

实施例三

图21和图22分别是本发明第三实施例的换向器的立体示意图和剖视图。

本实施例的换向器同样包括换向部分和接线部分，其中，换向部分是桶状换向部分(参考图5)，接线部分是HC型接线部分(参考图19)。类似地，作为一个替换方案，换向器也可以采用扁平状换向部分(参考图15)和MC型接线部分(参考图8)。

下面结合图23至31介绍快速量产电连接片的方法。

图23和图24是构造换向部分的电连接片的一种替换方法。主要的制造步骤是：首先在金属薄片上冲压或者切割出若干电连接片103，电连接片103的一端互相连接在一起，然后，将电连接片103折弯90度，得到如图23所示的电连接片组。接着，如图24所示，挽折电连接片组以形成图24所示的电连接片环。该电连接片环可以焊接到对应的石墨环上，在切换石墨环时，将相邻的两个电连接片103之间的连接部分切割开，从而得到互相隔开的若干电连接片。

图25至图27是另一种制造电连接片的方法。在制造时，在圆形的金属片中间凿孔，并切割出若干电连接片103，各个电连接片通过连接部110连接在一起，然后，将电连接片103折弯90度，得到如图25所示的环状的电连接片组。接着，制造一个如图26所示的辅助金属环，辅助金属环的等于或者大于图25所示的电连接片组的外径，辅助金属环上具有若干凸块111，凸块111的数量等于图25所示的电连接片的数量。再然后，如图27所示，将辅助金属环从电连接片103的末端套入电连接片组，使电连接片103从辅助金属环的内孔穿出，而凸块111则位于相邻的两个连接部之间，随着，将电连接片组与辅助金属环连接在一起。这种方案中，辅助金属环的凸块111填补了相邻的两个连接部110之间的缺口，并与对应的电连接片103焊接在一起，增大了每片电连接片103与石墨换向片的接触面积。在制造换向器的过程中切割石墨环时，需要将相邻的两个电连接片之间的连接部110、辅助金属环切割开，以得到互相隔开的若干电连接片。

图28至图31是另一种制造电连接片的方法。在制造时，在圆形的金属片上切割出若干电连接片103，切除多余的废料，然后将电连接片103折弯90度，得到如图28所示的电连接片组，每个电连接片103上设置有一个铆钉114。接着，构造一个如图29所示的辅助金属环，该金属环具有若干沿径向向内伸出的齿116，齿上设有铆孔115用于与铆钉114配合。然后，如图30所示，通过上述铆钉114和铆孔115将图28所示的电连接片组、图29所示的辅助金属环固定在一起，接着，在中间凿孔以去掉多余的废料，就得到了一个电连接片环。在这个方法中，辅助金属环29主要是增大每个电连接片103与模式换向片的接触面积。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种电机换向器，其特征在于，包括接线部分和换向部分，其中：

接线部分包括具有轴向通孔(122；222)的端子底座(121；221)以及若干接线端子(131；231)，所述若干接线端子安装到所述通孔的周围用于电连接线圈元件的线端；

换向部分包括具有轴向通孔(105；205)的绝缘基座(104；204)、若干石墨换向片(107；207)以及若干电连接片(103；203)，每个电连接片焊接到对应的一个石墨换向片，每个石墨换向片具有摩擦面暴露在绝缘基座外用于与碳刷磨擦接触；

所述换向部分安装到所述接线部分，绝缘基座的通孔(105；205)与端子底座的通孔(122；222)连通，所述电连接片(103；203)一端从绝缘基座伸出并与对应的接线端子(131；231)电连接。

2.如权利要求1所述的电机换向器，其特征在于：

所述接线部分中，端子底座的一个端面具有若干下凹的端子腔(124；224)分布在所述通孔的周围，所述接线端子安装到对应的端子腔中；

所述换向部分中，从绝缘基座伸出的电连接片(103；203)插入到所述端子腔中与对应的接线端子(131；231)电连接。

3.根据权利要求2所述的电机换向器，其特征在于，所述接线部分中，接线端子(231)一部分位于端子腔(224)内，一部分伸出端子底座外；位于端子腔(224)内的部分具有一个卡槽(232)，卡槽(232)的最小宽度略小于电连接片(203)的厚度以便于与插入到卡槽的电连接片(203)形成电连接；位于端子底座外的部分具有挂钩(233)用于连接接线圈元件的线端。

4.根据权利要求2所述的电机换向器，其特征在于，所述接线部分中：

端子底座(121)具有若干线架(123)分布在所述通孔(122)周围，所述线架上具有挂线槽(125)用于支承线圈元件的线端，所述端子腔(124)形成在所述线架中；

接线端子(131)具有一个卡槽(132)和一个夹线槽(134)，所述夹线槽(134)和所述卡槽(132)的开口相反，所述卡槽(132)的最小宽度略小于电连接片(103)的厚度以便于与插入到卡槽的电连接片形成电连接，所述夹线槽(134)用于夹持由所述挂线槽(124)支承的线圈元件线端并与所述线端形成电连接。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的电机换向器，其特征在于，所述换向部分中，所述石墨换向片(207)为扁平的扇叶状，其中一个扇面暴露在绝缘基座的一端作为所述磨擦面用于与碳刷摩擦接触，另一个扇面焊接有所述电连接片(203)，所述电连接片(203)部分嵌入到所述绝缘基座(204)。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的电机换向器，其特征在于，所述换向部分中，所述石墨换向片(207)为沿绝缘基座轴向延伸的片状，其中一个侧表面暴露在绝缘基座的圆周表面作为所述磨擦面用于与碳刷磨擦接触，另一个侧表面具有凸出的嵌合部(101)嵌入到所述绝缘基座，所述电连接片(103)焊接到所述石墨环的一端。

7.根据权利要求6所述的电机换向器，其特征在于，所述嵌合部包括一个宽部和一个窄部，所述宽部比所述窄部更靠近所述绝缘基座的中心以便于固定嵌入在所述绝缘基座。

8.一种制造电机换向器的方法，其特征在于，包括以下步骤：

制造接线部分：构造绝缘的端子底座(121；221)，所述端子底座具有一个轴向的通孔(122；222)，端子底座的一个端面具有若干下凹的端子腔(124；224)分布在所述通孔的周围；构造若干接线端子(131；231)，将接线端子安装到对应的端子腔中，所述接线端子用于电连接线圈元件的线端；

制造换向部分：构造导电的石墨环(100；200)，构造若干电连接片(103；203)，将所述若干电连接片焊接到所述石墨环；注塑一个绝缘基座(104；204)以镶嵌所述石墨环和电连接片，所述绝缘基座具有轴向通孔(105；205)位于石墨环内，石墨环的一部分表面暴露在绝缘基座外，电连接片的一端伸出绝缘基座外；对所述石墨环开槽将石墨环分成若干互相绝缘的石墨换向片，每个石墨换向片连接有一个电连接片，每个石墨换向片具有一个摩擦面用于与碳刷磨擦接触；

将所述换向部分安装到所述接线部分，使绝缘基座的通孔(105；205)与端子底座的通孔(122；222)对齐，使电连接片(103；203)的一端插入到端子底座的端子腔并与对应的接线端子(131；231)电连接。

9.根据权利要求8所述的制造电机换向器的方法，其特征在于，还包括对所述石墨环的部分表面进行电镀处理。

10.根据权利要求8所述的制造电机换向器的方法，其特征在于，还包括对所述石墨环进行碳化处理以降低所述石墨环的电阻。

11.根据权利要求8或9所述的制造电机换向器的方法，其特征在于：

所述构造若干电连接片的过程中，所述若干电连接片围成环状，电连接片的一端连接在一起；

对所述石墨环开槽的过程中，包括切割所述若干电连接片，使各个电连接片互相隔开。

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