CN102428626B - 电驱动马达 - Google Patents
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Abstract
一种具有换向系统的驱动马达，换向系统由防转动地与转子轴连接的换向器和设置在碳刷导向件上的碳刷组成，其特征在于，每个碳刷由弹簧元件施加力，其中弹簧力具有沿径向在换向器方向上的分量和在碳刷导向件方向上的分量。
Description
技术领域
本发明涉及一种电驱动马达，尤其用于机动车中的一个总成，如例如车窗升降器驱动马达。
背景技术
由DE10006350A1已知一种电动车窗升降器驱动马达，它用于机动车中并且设计成换向器马达，其具有防转动地与转子轴一起旋转的换向器和支撑在其上的碳刷，碳刷容纳在碳刷支架上。碳刷支架此外还容纳用于转子轴的轴承，该轴承设计成球面轴承。
发明内容
从该现有技术出发，本发明的任务是，以简单的结构措施设计一种在电驱动马达中的具有高的运动安全性的换向系统。
按照本发明，该任务由按本发明的电驱动马达解决。按本发明的电驱动马达包括可转动地支承的转子轴和换向系统，该换向系统由防转动地与转子轴连接的换向器和设置在碳刷导向件处的碳刷组成，该碳刷支撑在换向器上，其中，每个碳刷用弹簧元件在换向器的方向上施加力，其中由弹簧元件产生的并且对碳刷加载的弹簧力具有沿径向在换向器的方向上的分量和在碳刷导向件的方向上的分量，其中，对碳刷导向件加载的力分量在转子轴线的方向上延伸，其特征在于，弹簧元件构造成螺旋扭力弹簧，其中螺旋扭力弹簧的一个弹簧支脚对碳刷施加力，并且螺旋扭力弹簧的旋转轴线在转子轴线的横向上延伸，并且弹簧支脚被引导到一个槽中，该槽设置在所述碳刷中，并且通过碳刷的横截面的对角线平行于所述转子轴线延伸，设置在所述碳刷的自由端面中的并且用于容纳弹簧支脚的所述槽也在对角线方向上、即平行于转子轴线地延伸。
电驱动马达或电机尤其是被应用于机动车中的总成或次总成，例如作为车窗升降器驱动装置，座椅调节器或滑动天窗驱动装置。这种驱动马达通常设计成永久励磁的直流电动机，它们具有用于电流切换的换向器系统。换向器系统按照机器极性的情况包括至少两个碳刷，该碳刷顶接在一个防转动地与转子轴连接的换向器上。例如在两个极的马达情况下通常北极和南极相互间以180°的角度布置，相应地，碳刷也沿着直径方向设置在相互对置的地方上并且与马达壳体固定地连接。
在按照本发明的驱动马达中，每个碳刷各由一个弹簧元件在换向器的方向上施加作用力，其中由弹簧元件产生的弹簧力具有沿径向朝着换向器方向上的分量以及在朝着碳刷导向件方向上的另一个分量，碳刷被保持或设置在该碳刷导向件上。由此弹簧元件具有双重功能:一方面通过该弹簧力的加载保证碳刷顶接在换向器的表面上，从而保证持久的电接触。另一方面，通过附加的力分量保证碳刷借助于该力加载而顶接在碳刷导向件上，从而存在碳刷在碳刷导向件上的持久可靠的保持和导向。碳刷导向件在此情况下承受作为反作用力的由弹簧元件出发并且由碳刷传递的弹簧力分量，该弹簧力分量指向碳刷导向件，从而碳刷导向件不将起保持和导向作用的弹簧力分量加载于换向器。
该实施例具有紧凑的结构形式的另一个优点在于，它要求仅仅较小的安装空间用于换向器系统。由此例如可以将附加的电子构件集成在一起，这些电子构件例如用于驱动装置的去干扰。
有利地，对碳刷导向件加载的力分量在转子轴线的方向上延伸。由此获得一种力系统，它由弹簧元件产生，包括在沿径向在换向器的方向上延伸的第一力分量和在转子轴线的方向上延伸的第二力分量。径向的力分量将碳刷压向换向器的表面，轴向的力分量将碳刷压向碳刷导向件。
按照一个有利的实施例，碳刷导向件设计成导向筒，碳刷可以插入该导向筒中。导向筒可以具有连续的壁，从而插入的碳刷在它的外表面上完全地被导向筒包围。但是原则上作为碳刷导向件设置一个具有开式结构的元件就足够了，该元件例如仅仅构造成具有导向面的止挡，碳刷顶接在该导向面上并且碳刷由弹簧元件的力被压紧在该元件上。在此情况下可以有利的是，碳刷和碳刷导向件具有相互对应的横截面，至少在碳刷和碳刷导向件的直接相互面对的外表面和内表面的区域中。因此可以有利的是，碳刷具有矩形横截面，尤其是方形横截面并且碳刷导向件例如构造成具有任意角度的V形横截面，其中碳刷导向件的V形的两个内边形成碳刷的支承面和导向面。
为了便于碳刷插入或在碳刷导向件上沿着滑动，可以有利的是，在碳刷导向件的与碳刷面对的一侧上构造接触凸起，它们凸出于碳刷导向件的壁侧面并且碳刷的表面顶接在其上。由此实现在碳刷和碳刷导向件之间的接触面的减小。这些接触凸起例如设计成接触条，它们沿径向延伸。
作为对碳刷施力的弹簧元件，可以使用各种弹簧类型。按照一个优选实施例，使用一种螺旋扭力弹簧，它的旋转轴线在电动机转子的转子轴线的横向上延伸。螺旋扭力弹簧的一个弹簧支脚在与换向器相对的背离的一侧上支撑在碳刷上并且将碳刷沿径向压向换向器以及沿轴向压向碳刷导向件。为了实现两个相互垂直的力分量，这样地设计或定向螺旋扭力弹簧，使得相关的弹簧支脚在与转子轴线成一定的角度下支撑在碳刷上。在技术上这例如可以这样地实现，即碳刷的与换向器背离的端面是斜置的和/或具有导向槽，该导向槽在与转子轴线成相应的角度下倾斜地延伸。导向槽用于可靠地容纳螺旋扭力弹簧的弹簧支脚，从而排除了在正常条件下弹簧支脚无意地从导向槽中滑出。弹簧支脚或槽相对于转子轴线所处于的角度，例如最大为30°。
原则上也可以考虑其它可替代的弹簧类型，例如螺旋弹簧（盘簧），该弹簧这样地在与换向器相对的端面上作用于碳刷，使得弹簧元件的力线具有希望的径向的和轴向的力分量。
附图说明
其它的优点和有利的实施例可以从说明书、附图说明和附图中获得。附图中所示:
图1是一个电驱动马达的换向系统的透视图，包括一个换向器和两个在直径上相互对置的碳刷，该碳刷分别由一个螺旋扭力弹簧沿径向压到换向器表面上，
图2是换向系统的带有标出的力箭头的侧视图，
图3是通过容纳在导向筒中的碳刷的剖面图，
图4是一个碳刷支架系统的透视图，其包括用于容纳和保持转子以及换向系统的球冠状的保持臂，
图5是碳刷支架系统的另一个实施例，其中碳刷支撑在其上的碳刷导向件不与保持臂接触地直接与碳刷支架的基体连接，
图6是碳刷的透视图，它们与扼流圈连接，后者与电触头耦合，其中附加地将一个电子印刷电路板与这些电触头连接，
图6a是图6中的印刷电路板的单独视图，
图7是一个与图6相当的视图，但是具有附加的电子构件取代印刷电路板。
具体实施方式
在附图中相同的部件具有相同的附图标记。
图1中示出的换向系统1是一个电的、永久励磁的直流电动机的组成部分并且包括换向器2，它防转动地与电动机的转子轴连接并且围绕转子轴线8转动，以及碳刷3，它们沿径向顶接在换向器2的外表面上并且与换向器电接触。在该实施例中涉及一个双极的直流电机，与此相应地设置两个在直径方向上相互对置的碳刷3，它们在相互相对的侧面上接触换向器的表面。
碳刷3各由一个设计成螺旋扭力弹簧4的弹簧元件沿径向在换向器2的方向上施加作用力。螺旋扭力弹簧4被这样地定位或定向，使得螺旋扭力弹簧的弹簧轴线5在转子轴线8的横向上延伸。螺旋扭力弹簧的各一个弹簧支脚6顶接在碳刷的背离换向器2的端面上并且在槽7中引导，该槽设置在碳刷的该端面中。碳刷具有正方形的横截面并且布置成菱形的形状，使得通过碳刷的横截面的对角线平行于转子轴线8延伸。设置在碳刷的自由端面中的并且用于容纳弹簧支脚6的槽7也在对角线方向上，即平行于转子轴线地延伸。相应地，对碳刷3施力的弹簧支脚6也位于一个由转子轴线8以及另一个直线形成的平面中，该直线不仅与转子轴线8而且与弹簧元件4的弹簧轴线5垂直。
如在图2的侧视图中可以看见的，弹簧支脚6相对于转子轴线8在一个角度下顶接在碳刷3的自由端面上。这个角度最好不大于30°。碳刷3的自由端面相对于转子轴线8也具有这个角度。由于弹簧支脚6或碳刷3的端面的这种角度位置，如用标出的力箭头所示，通过一个沿径向向内指向换向器2的分量Fx，以及一个在转子轴线8的方向上指向的分量Fz实施力的施加。分量Fx和Fz组成合力F，它示出力作用线，沿着该力作用线将力从螺旋扭力弹簧4引导到碳刷3上。由于该最大为30°的较小的角度，在该角度下弹簧支脚6支承在碳刷3上并且该角度同时也是位于合力分量F和沿径向指向的力Fx之间的角度，使得弹簧力的径向分量Fx明显大于轴向分量Fz。径向分量Fx沿径向从外向内指向，轴向分量Fz在按照图2的视图中沿轴向向上取向。
由螺旋扭力弹簧4产生的轴向分量Fz将碳刷3轴向地压向碳刷导向件9，该导向件与壳体固定地或与碳刷支架固定地实施在一起并且在其上布置和引导碳刷3。碳刷导向件9形状配合地接纳碳刷3。这样保证对碳刷3的可靠的支撑和导向。
图3中示出了通过碳刷3和碳刷导向件9的剖视图。碳刷导向件9设计成导向筒，碳刷3沿径向插入其中。导向筒9的内横截面与碳刷3的横截面相匹配。导向筒的内表面具有接触凸起10，它们高出导向筒9的内表面并且在它们上面顶接着碳刷3的外表面。这样实现了碳刷3和导向筒9之间的接触面的减小，这伴随着摩擦减小和在径向上容易插入。这些接触凸起10例如设计成在径向上延伸的接触条。
碳刷3通过弹簧元件的力，尤其是通过轴向的力分量被压到导向筒9的两个上部的、V形地布置的内表面上，由此不仅在向上的轴向上而且在横向上(在图1的视图中是在弹簧轴线5的方向上)形成对碳刷的稳定的导向和保持。由于轴向分量的力方向是向上的，因此原则上设置一个碳刷导向件9就足够了，它没有用于碳刷的包围的容纳腔，而仅仅保证向上方向以及在横向上的形状配合的支撑。在图3的实施例中这意味着导向筒的上方的V形状足够对碳刷实现可靠的导向和保持。
原则上在所示的实施例中也可以实现将螺旋扭力弹簧4布置在被偏转180°的位置上，其结果是，轴向的力分量不是向上而是向下指向。相应地，碳刷导向件必须保证沿轴向向下的支撑。
图4中示出一个碳刷支架系统，它包括碳刷支架11，该碳刷支架形成底板，在该底板上布置换向系统以及用于保持和支承转子轴13和换向器2的球冠形的保持臂12。碳刷导向件9也是换向系统的组成部分，它们在按照图3的实施例中与保持臂12一体地（单构件式地）形成。此外在图4中可以看见线圈形的扼流圈14，其各附属于一个碳刷3，用于使驱动装置抗干扰。
在按照图5的实施例中，各配属于一个碳刷的碳刷导向件9与球冠形保持臂12相独立地形成并且直接地与碳刷支架11连接。这样，实现在振动强烈的碳刷导向系统和球冠形保持臂之间的振动解耦合。由此防止碳刷的振动传递到传动机构壳体上并且实现噪声的降低。
在图5中还示出螺旋扭力弹簧4，它的一个弹簧支脚6对碳刷3的位于外部的端面施加力。
在图6中示出在没有换向器下的碳刷3。碳刷3与扼流圈14电气地连接，该扼流圈与电导体或触头15和16连接。在其中一个扼流圈14和电触头16之间设置有热敏开关17，它在不允许的强度的加热情况下断开电路。
换向系统配有电子印刷电路板18，它在安装状态下大致位于其中一个碳刷3的下面并且容纳在底板19中。电子印刷电路板18是电子元器件(SMD)的载体。通过电触头20和21(图6a)使印刷电路板18与导体15和16电连接。
按照图7的实施例在很大程度上对应于按照图6的实施例，但是区别在于，不是一个印刷电路板，而各单个的电子元器件22，23，例如变阻器，与电导线15和16连接。电子元器件22，23在安装状态下也至少部分地位于碳刷3下面。
Claims (14)
1.电驱动马达，包括可转动地支承的转子轴(13)和换向系统(1)，该换向系统由防转动地与转子轴(13)连接的换向器(2)和设置在碳刷导向件(9)处的碳刷(3)组成，该碳刷支撑在换向器(2)上，其中，每个碳刷(3)用弹簧元件(4)在换向器(2)的方向上施加力，其中由弹簧元件(4)产生的并且对碳刷(3)加载的弹簧力(F)具有沿径向在换向器(2)的方向上的分量(Fx)和在碳刷导向件(9)的方向上的分量(Fz)，其中，对碳刷导向件(9)加载的力分量(Fz)在转子轴线(8)的方向上延伸，其特征在于，弹簧元件构造成螺旋扭力弹簧(4)，其中螺旋扭力弹簧(4)的一个弹簧支脚(6)对碳刷(3)施加力，并且螺旋扭力弹簧(4)的旋转轴线(5)在转子轴线(8)的横向上延伸，并且弹簧支脚(6)被引导到一个槽(7)中，该槽设置在所述碳刷(3)中，并且通过碳刷的横截面的对角线平行于所述转子轴线（8）延伸，设置在所述碳刷的自由端面中的并且用于容纳弹簧支脚（6）的所述槽（7）也在对角线方向上、即平行于转子轴线地延伸。
2.按照权利要求1所述的驱动马达，其特征在于，碳刷导向件(9)实施成导向筒，所述碳刷(3)被插入该导向筒中。
3.按照权利要求1或2所述的驱动马达，其特征在于，弹簧支脚(6)以及在碳刷(3)中的槽(7)与转子轴线(8)之间夹成一个角度。
4.按照权利要求1所述的驱动马达，其特征在于，碳刷(3)和碳刷导向件(9)具有至少部分地相对应的横截面。
5.按照权利要求1所述的驱动马达，其特征在于，碳刷(3)具有角形的横截面。
6.按照权利要求5所述的驱动马达，其特征在于，碳刷(3)的横截面的对角线在转子轴线(8)的方向上延伸。
7.按照权利要求1所述的驱动马达，其特征在于，碳刷导向件(9)在面对碳刷(3)的一侧上具有接触凸起(10)，碳刷(3)的外侧面顶接在这些接触凸起上。
8.按照权利要求1所述的驱动马达，其特征在于，在碳刷支架(11)上设置用于容纳和保持转子和换向器(2)的保持臂(12)。
9.按照权利要求8所述的驱动马达，其特征在于，碳刷导向件(9)不与保持臂(12)接触地直接地与碳刷支架(11)连接。
10.按照权利要求1所述的驱动马达，其特征在于，所述电驱动马达用于机动车中的一个总成。
11.按照权利要求1所述的驱动马达，其特征在于，所述电驱动马达是车窗升降器驱动马达。
12.按照权利要求3所述的驱动马达，其特征在于，所述角度最大为30°。
13.按照权利要求5所述的驱动马达，其特征在于，碳刷(3)具有方形横截面。
14.按照权利要求7所述的驱动马达，其特征在于，所述接触凸起(10)是接触条。
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