CN102332669B - 换向器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及换向器以及制造换向器的方法。该换向器包括绝缘基体以及固定到绝缘基体的若干换向片，所述换向片具有片状的主体部(11)以及位于所述主体部的卡固件(13)，所述卡固件与绝缘基体(17)锁固，所述主体部的一端用于连接电枢绕线，所述换向片的金相结构中具有较为连续的金属流。该换向器的制造方法包括以下步骤：裁剪出若干段铜材，每段铜材的体积对应一个换向片的体积；挤压所述铜材，使每段铜材具有片状的主体部以及位于所述主体部的卡固件；排列并定位所述挤压后的若干段铜材，在所述若干段铜材上成型一绝缘基体，使所述铜材的卡固件与所述绝缘基体锁固。实施本发明能提高材料的使用率，增加换向片的强度。

Description

换向器及其制造方法
技术领域
本发明涉及电机的换向器以及制造换向器的方法。
背景技术
换向器包括绝缘基体以及若干导电的换向片，每个换向片都具有主体部和卡固件，卡固件与绝缘基体锁固，而主体部可用于连接电枢绕线等。
现有的一种制造换向器的方法是先制成一体式的换向片组，然后在换向片组上嵌件成型一绝缘基体，接着切割换向片组以形成若干换向片。另一种方法是先切割出若干换向片，接着通过嵌件成型等方式将若干换向片固定到绝缘基体。这两种方法的缺陷在于制造过程需要裁掉不少废料，导致原材料的浪费。
此外，切割时会破坏换向片的金相结构，导致换向片在截面尺寸变化的地方出现不连续的金属流，降低了换向器的强度。再有，现有的方法制造的换向片中，卡固件通常连接到主体部的边缘而不是连接到主体部的中间。
因此，亟需一种改善的制造换向器的方法。
发明内容
本发明的一个方面提供一种制造换向器的方法，该方法包括以下步骤：裁剪出若干段铜材，每段铜材的体积对应一个换向片的体积；挤压所述铜材，使每段铜材具有片状的主体部以及位于所述主体部的卡固件；排列并定位所述挤压后的若干段铜材，在所述若干段铜材上成型一换向器绝缘基体，使所述铜材的卡固件与所述绝缘基体锁固。
优选地，挤压所述铜材的步骤中采用冷加工方法。
优选地，所述冷加工方法包括冷墩和/或冷锻。
优选地，挤压所述铜材的步骤中采用热加工方法。
优选地，所述卡固件为凸柱或凸片。
优选地，所述方法还包括在所述凸柱或凸片的顶端开槽并使所述凸柱或凸片呈V型张开的步骤。
优选地，所述方法还包括使所述凸柱或者凸片相对于所述主体部倾斜的步骤。
优选地，所述方法还包括将所述主体部的一端弯折成勾状的步骤。
优选地：在排列与定位所述挤压后的若干段铜材的步骤中，将所述若干段铜材焊接到一石墨环；所述方法还包括在成型所述绝缘基体之后，将所述石墨环切割成若干片段，每一片段与对应的一段铜材导电连接。
优选地，在排列与定位所述挤压后的若干段铜材的步骤中，将若干石墨片段焊接所述铜材，每个石墨片段与一段铜材对应。
本发明的另一方面还提供一种换向器，该换向器包括绝缘基体以及固定到绝缘基体的若干换向片，所述换向片具有片状的主体部以及位于所述主体部的卡固件，所述卡固件与绝缘基体锁固，所述主体部的一端用于与电枢绕线导电连接，每一换向片由对应的一段铜材挤压而成。
优选地，所述换向片的金相结构中在换向片截面尺寸变化的位置具有连续的金属流。
优选地，所述换向片的金相结构中在卡固件与主体部的连接处具有连续的金属流。
优选地，所述卡固件位于所述主体部的一个表面上并偏离该表面的边缘。
本发明的优选实施例使用挤压的加工方法制造换向器的换向片，提高了材料的使用率，并使得换向片的金相机构中具有较为连续的金属流，换向片的卡固件可以不位于换向片主体部的边缘，提高了换向片的强度。
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是本发明一实施例中截取的一段铜材的示意图；
图2是图1所示铜材经冷墩处理后的示意图；
图3是图2所示铜材经冷锻处理后的示意图；
图4是对图3所示铜材的卡固件进行处理后的示意图；
图5是将若干铜材焊接到石墨环之后的示意图；
图6是平面石墨换向器成品的示意图；
图7是铜换向片的局部金相图；
图8是根据本发明另一实施例的换向器的示意图。
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。
下面结合图1至图6阐述本发明优选实施例中制造平面(flat type)石墨换向器的方法。
首先，如图1所示，裁剪出若干段铜材。优选地，从实心铜线上裁剪出若干段圆柱形的铜材。每段铜材的体积约等于一片铜换向片的体积，因为后续采用挤压的加工方式将铜材加工成铜换向片，这个过程几乎没有材料损耗。
接着，如图2和图3所示，对铜材进行挤压处理。本实施例中采用冷加工的方法，首先对铜材进行冷墩(cold heading)处理。如图2所示，冷墩之后，铜材形成两段柱体，其中一段柱体具有较小的外径，而另一段柱体具有较大的外径。
接着，对冷墩后的铜材进行冷锻(cold forging)处理。如图3所示，冷锻之后，铜材具有主体部11以及位于主体部的卡固件13。本实施例中，主体部11为扁平的片状，卡固件13为凸柱的形式，凸柱基本上与主体部11垂直。图2所示的铜材具有外径不等的两段柱体；相应地，主体部11也包括两部分，一部分较窄(简称为“窄部”)，而另一部分较宽(简称为“宽部”)。主体部11的宽部设置有卡固件13，而主体部的窄部主要用来连接电枢绕线(例如，弯折成勾状后与电枢绕线连接)。因为采用了挤压的加工方式，因此，既可以卡固件13形成在主体部11的边缘，也可以使卡固件13不位于主体部11的边缘。本实施例中，卡固件13位于主体部11的宽部的一个表面并偏离该表面的边缘。
接着，如图4所示，在卡固件13的顶端开槽14并向槽14的两侧撑开卡固件13，使卡固件13呈V型张开，这是为了加强卡固件13与后续成型的绝缘基体的锁固能力。该开槽的过程可通过积压的方式实现。应当意识到，可以采用其他的方式实现卡固件13与绝缘基体的锁固，例如，可以改变卡固件13与主体部11的角度使卡固件13相对于主体部11倾斜，或者使两个卡固件13形成开口朝外的V型等方式。
接着，如图5所示，将上述处理后的若干铜换向片焊接到一石墨环15。本实施例中，各铜换向片被设置在石墨环15的一个轴向端面，该若干铜换向片沿着石墨环的周向均匀隔开，铜换向片的宽部(即，具有卡固件13的部分)贴靠到石墨环15，而铜换向片的窄部沿着石墨环15的径向向外伸出。将铜换向片焊接到石墨环的方法已为业内所知，且不是本发明的重点，因此不再详述。
接着，如图6所示，在焊接有铜换向片的石墨环上成型一个换向器绝缘基体17。绝缘基体17包覆石墨环15的焊接有铜换向片的轴向端面、石墨环15中心孔的侧壁表面、以及铜换向片的卡固件13等。接着，沿着石墨环15的轴向对石墨环开槽16，将石墨环15分成若干个彼此绝缘的石墨片段，每个石墨片段紧似一扇形，每个石墨片段与一个铜换向片对应。然后，将铜换向片的伸出于石墨环外的部分弯折成勾状。这样，一个平面石墨换向器就制成了。
作为一种替换的方式，可以直接将石墨片段焊接到铜换向片，而不是焊接石墨环。然后，再成型绝缘基体17。这种方式下，成型绝缘基体17之后，不再需要对石墨进行切割处理。
如上所述，本发明通过挤压的加工方法制造换向器片，避免了废料的产生，提高了材料的使用率。此外，这种方式制造的铜换向片的金相结构具有较为完整、连续的金属流，从而具有较大的强度。再有，实施本发明，换向片的卡固件13可以位于主体部11上并偏离主体部的边缘。
图7是本发明的铜换向片在主体部11的宽部(设置有卡固件13的部位)与窄部(用于电连接电枢绕组的部分)的连接之处的金相结构，如图所示，虽然换向片的截面尺寸在此处发生了变化，但是此处的金相机构依然具有较为连续的金属流。类似地，在铜换向片的卡固件13与主体部11的连接处，其金相结构也会有较为连续的金属流。连续的金属流导致换向片具有更大的强度。而采用现有的方法制造的铜换向片中，截面尺寸突变处的金相结构通常不具有连续的金属流。
本领域的技术人员应当意识到，可以对本发明的实施例进行相应的变形或者替换。例如，卡固件13可以采用凸片或者凸块的形式；使用热挤压加工工艺代替冷挤压加工工艺。
在上述实施例中，如果不使用石墨环15，那么，该换向器就是一个不使用石墨换向片的平面换向器；如果石墨环15的轴向尺寸较大，那么，该换向器就是一个具有石墨换向片的圆柱(barrel type)换向器。
此外，本发明也适用于制造不具有石墨换向片的圆柱换向器，如图8所示。根据本发明制造圆柱换向器的主要步骤如下：
裁剪出若干段铜材，每段铜材的体积基本等于一铜换向片的体积；挤压所述铜材，使每根铜材具有片状主体部以及位于主体部的卡固件；对卡固件进行开槽处理以增强卡固件与后续成型的绝缘基体的锁固能力，这样，完成了铜换向片的制作；
将若干铜换向片排列在模具定位，然后成型一绝缘基体，使铜换向片均匀地排列在绝缘基体的圆周表面，绝缘基体与铜换向片的卡固件锁固。将铜换向片的伸出于绝缘基体外的一端弯折成钩状，以便于在使用时与电枢绕线导电连接。
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 (13)

1.一种制造换向器的方法，其特征在于，包括以下步骤：
裁剪出若干段铜材，每段铜材的体积对应一个换向片的体积；
对所述铜材进行冷墩处理，使铜材形成两段柱体，其中一段柱体具有较小的外径，另一段柱体具有较大的外径；
挤压所述铜材，使每段铜材具有片状的主体部以及位于所述主体部的卡固件；
排列并定位所述挤压后的若干段铜材，在所述若干段铜材上成型一换向器绝缘基体，使所述铜材的卡固件与所述绝缘基体锁固。
2.根据权利要求1所述的制造换向器的方法，其特征在于，挤压所述铜材的步骤中采用冷加工方法。
3.根据权利要求2所述的制造换向器的方法，其特征在于，所述冷加工方法包括冷墩和/或冷锻。
4.根据权利要求1所述的制造换向器的方法，其特征在于，挤压所述铜材的步骤中采用热加工方法。
5.根据权利要求1所述的制造换向器的方法，其特征在于，所述卡固件为凸柱或凸片。
6.根据权利要求5所述的制造换向器的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述凸柱或凸片的顶端开槽并使所述凸柱或凸片呈V型张开的步骤。
7.根据权利要求5所述的制造换向器的方法，其特征在于，所述方法还包括使所述凸柱或者凸片相对于所述主体部倾斜的步骤。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的制造换向器的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述主体部由所述外径较小的一段柱体形成的一端弯折成勾状的步骤。
9.根据权利要求1至7中任意一项所述的制造换向器的方法，其特征在于：
在排列与定位所述挤压后的若干段铜材的步骤中，将所述若干段铜材焊接到一石墨环；
所述方法还包括在成型所述绝缘基体之后，将所述石墨环切割成若干片段，每一片段与对应的一段铜材导电连接。
10.根据权利要求1至7中任意一项所述制造换向器的方法，其特征在于，在排列与定位所述挤压后的若干段铜材的步骤中，将若干石墨片段焊接所述铜材，每个石墨片段与一段铜材对应。
11.一种换向器，包括绝缘基体以及固定到绝缘基体的若干换向片，所述换向片具有片状的主体部(11)以及位于所述主体部的卡固件(13)，所述卡固件与绝缘基体锁固，所述主体部包括一尺寸较宽的宽部及一尺寸较窄的窄部，所述窄部用于与电枢绕线导电连接，其特征在于，每一换向片由对应的一段铜材挤压而成，所述铜材形成两段柱体，其中一段柱体具有较小的外径用于形成所述窄部，另一段柱体具有较大的外径用于形成所述宽部，所述主体部的宽部与窄部的连接之处的金相结构具有基本连续的金属流。
12.根据权利要求11所述的换向器，其特征在于，所述换向片的金相结构中在卡固件(13)与主体部(11)的连接处具有连续的金属流。
13.根据权利要求11所述的换向器，其特征在于，所述卡固件(13)位于所述主体部(11)的一个表面上并偏离该表面的边缘。
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