CN102545456A - 整流式电动机 - Google Patents

Abstract

整流式电动机。一种具有整流器(185)的整流式电动机，整流器(185)具有在集电器工作表面(189)上与配属的电刷(187、197)处于滑动接触的集电器(183)，电刷(187、197)被安装在配属的电刷架(287、297)中，电刷架(287、297)被构造用于能够在72°至108°范围内规定的电刷角度(250)内安装电刷(187、197)。

Description

整流式电动机

技术领域

本发明涉及到一种具有整流器的整流式电动机，该整流器具有在集电器工作表面与配属的电刷滑动接触的集电器，这里电刷被安装在配属的电刷架中。

背景技术

根据现有技术已知一种整流式电动机具有被构造用于整流的整流器。它具有在集电器工作表面与配属的电刷滑动接触的集电器，集电器被构造在该整流式电动机的转子上，通过互相间以规定的电刷角度安装在配属的电刷架中的电刷例如炭刷以及集电器，为整流式电动机传送用于运行所必须的电机电流。在这类整流式电动机的整流过程中产生所谓的“纹波电流”，它可以被用于确定电机相应的旋转位置。

现有技术的缺点是，电刷架被构造成矩形的炭筒具有炭刷至集电器的配属的电刷覆盖的相对较大的公差，从而使通过整流产生的纹波电流信号仅具有有限的稳健性。这个有限的稳健性此外在炭刷的使用寿命过程中继续降低，从而相应在整流式电动机运行过程中产生的纹波电流信号只可以有限的用于精确确定转子的旋转位置。

发明内容

因此本发明的任务是，提供一种新型整流式电动机，在这种整流式电动机上可以产生稳定的纹波电流。

这个问题将通过一种具有整流器的整流式电动机得到解决，该整流器具有在集电器工作表面与配属的电刷滑动接触的集电器。电刷被安装在配属的电刷架中。对电刷架构造用于能够在72°至108°范围内规定的电刷角度内安装电刷。

本发明因此可以提供一种整流式电动机，在这种整流式电动机上在运行过程中保证产生最小纹波电流信号，它适合用于可靠且精确的确定配属的转子的旋转位置。

电刷角度优选不小于76°并不大于82°。

因此可以继续改善纹波信号的稳定性和鲁棒性。

根据一种实施方式，电刷角度为79°。

因此可以使产生在生成噪声、电动机效率和发射电磁辐射干扰射线方面基本上得到优化的纹波电流信号。

整流器配属于转子，它优选具有四极定子芯。

本发明因此可以实现为四极整流式电动机产生稳定稳健的纹波电流信号。

转子芯优选被构造成十个槽。

本发明因此实现了为十个槽的整流式电动机产生稳定稳健的纹波电流信号。

根据一种实施方式，对电刷角度进行规定，从而使产生用于探测转子位置的合适的整流纹波电流。

因此可以以简单的方式和方法在整流式电动机运行过程中实现对转子旋转位置的精确确定。

集电器优选具有多个叠片，它的数目不等于4的整数倍。

因此可以实现为多个不同构造的整流式电动机产生可靠稳健的纹波电流信号。

电刷各自具有电刷架，它优选位于1.8mm至3.0mm范围内。

因此可以在电刷具有多个不同的宽度时产生可靠稳健的纹波电流信号。

根据一种实施方式，电刷架被构造在配属的注塑件上。

本发明因此实现了提供一种稳定且廉价的注塑件，在其上电刷架可以被设成具有更小的公差。

根据一种实施方式，至少一个电刷架在其纵向延伸方向具有至少五边形的横截面。

本发明因此以简单的方式和方法实现了电刷在电刷架中基本上无间隙的导引。

至少一个电刷架的至少五边形的横截面优选被构造成室形。

因此可以在电刷架中达到对电刷改进和更稳健的导引。

在所述至少一个电刷架上优选构造至少一个固定件，它被构造用于防止配属的电刷在与电刷架的纵向延展方向横交的方向上滑出。

因此可以可靠安全地防止电刷不符合希望的滑出电刷架。

根据一种实施方式，为所述至少一个电刷架配有至少一个炭压紧弹簧用于朝集电器方向以规定的第一弹簧力在配属的电刷上加载。

本发明因此在新状态下和在电刷的使用寿命过程中都可以在集电器上提供基本上恒定的电刷推进力和基本上恒定的电刷压紧力。

集电器优选具有多个叠片，其数量不等于4的整数倍，炭压紧弹簧被构造用于以规定的第一弹簧力朝叠片方向加载配属的电刷。

因此炭压紧弹簧可以以简单的方式和方法被使用于多个不同结构的整流式电动机上。

所述至少一个炭压紧弹簧优选被构造成用于以规定的第二弹簧力将配属的电刷保持在所述至少一个电刷架内。

因此可以以简单的方式和方法防止电刷滑出电刷架。

根据一种实施方式，所述至少一个炭压紧弹簧被构造成整体的，并具有第一弹簧臂以及第二弹簧臂，其中第一弹簧臂用于利用规定的第一弹簧力加载配属的电刷，第二弹簧臂用于利用规定的第二弹簧力加载配属的电刷。

本发明因此提供了一种用于实现炭压紧弹簧的稳定廉价的部件。

配属的电刷优选具有以规定角度倒斜面的端部区域，第一弹簧臂以规定的第一弹簧力对该端部区域加载。

因此第一弹簧臂的弹簧力可以以简单的方式和方法用于提供期望的电刷推进力和电刷保持力分力。

优选至少一个电刷具有含炭的材料。

本发明因此实现了例如使用常用的廉价炭刷。

根据一种实施方式，电刷架通过使用一种不滑动的注塑工具通过塑料注塑被构造在注塑件上。

本发明因此实现了简单制成设有电刷架的部件。

根据一种实施方式，至少一个电刷架配有至少一个整体式炭压紧弹簧，炭压紧弹簧具有第一弹簧臂以及第二弹簧臂，其中第一弹簧臂用于利用规定的第一弹簧力朝集电器方向加载配属的电刷，第二弹簧臂用于利用规定的第二弹簧力将配属的电刷保持在所述至少一个电刷架中。

本发明因此提供一种整流式电动机，在这种整流式电动机上可以以简单的方式和方法一方面得到用于将电刷压向集电器的基本上恒定的电刷推进力，另一方面得到用于防止电刷滑出电刷架的基本上恒定的保持力。

附图说明

下文将借助在附图中示出的实施方式进一步阐释本发明。附图示出了：

图1根据一种实施方式的整流式电动机的示意图，

图2图1中的整流器的俯视图以及注塑件的俯视图，在注塑件上面构造有在其中布置有图1中的炭刷的电刷架。

图3用于说明纹波电流信号的测量图，它由在图1的整流式电动机上使用不同宽度的炭刷产生，

图4根据第一实施方式的图2中的构造有炭刷的电刷架以及图2的集电器的叠片的透视图和截面图，

图5根据第二实施方式的图2中的构造有炭刷的电刷架以及根据第一实施方式的炭弹簧的透视图和截面图，

图6根据另一实施方式的炭弹簧的透视图，

图7根据另一种实施方式的碳刷的侧视图连同根据第三实施方式的炭弹簧，以及

图8根据第四实施方式的炭弹簧的透视图

具体实施方式

图1示出了根据一种实施方式的设有定子和转子部件181以及182的整流式电动机100，它具有电机轴184，电机轴184示例性地被安装在电机壳体180中，并且例如可以被作为例如汽车中的电动车窗玻璃升降器的驱动轴使用。定子部件181具有例如永久磁体186，转子部件182具有例如转子芯或铁芯188。

整流式电动机100具有用于整流的具有规定整流器直径的整流器185，它可以被控制或调节，从而不仅可以实现反转也可以规定期望转速。合适的整流式电动机的工作原理和结构从现有技术中可以得到充分认识，因此这里为了叙述的简洁性不再进一步的阐述。

整流器185示例性地包括集电器183，它在配属的集电器工作表面189上与两个或更多的电刷187、197形成滑动接触，从而在运行时可以通过电刷187、197以及集电器183为电动机100输入合适的电机电流。根据一种实施方式，电刷187、197中的至少一个具有含炭的材料并例如按照炭刷的形式进行构造。炭刷187、197被安装在配属的电刷架(图2中的287、297)中，它们示例性地被构造在优选是整体的注塑件210上并各自具有优选位于1.8mm至3.0mm范围内的电刷宽度。整流器185将在位于下方的放大示出的俯视图2中得到详细阐述。但是需指出的是，根据现有技术的合适的整流器的工作原理已经得到充分的认识。因此这里为了叙述的简洁性不再进一步阐述整流器185的工作原理。

集电器183在从箭头150的方向看过去的放大的俯视图中得到说明并示例性地具有多个环形布置的叠片170、171、172、173、174、175、176、177、178、179，它们的外周构成了集电器工作表面189。叠片170、171、172、173、174、175、176、177、178、179的数量根据一种实施方式，不是4的整数倍。叠片170、171、172、173、174、175、176、177、178、179示例性地被固定在配属于转子部件182的固定元件190上。这个固定元件190是例如一根转子轴190，它与转子芯188相连或者在其上成形而成。

转子芯188具有例如多个极段，在它们之间构造有用于安装转子绕组所配备的槽也就是开口，为了图示的简洁明了没有表示出转子绕组。转子芯188示例性地具有十个极段130、131、132、133、134、135、136、137、138、139，它们各自具有齿部分和配套的轭部分。例如极段130具有齿部分192和轭部分194。转子芯188因此被构造成具有十个槽，此外根据一种实施方式，在定子181上构成为四个极。

图2示出了图1中的整流器185的视图200，连同集电器183的固定在转子轴190上的薄片170、171、172、173、174、175、176、177、178、179，它们示例性地穿过构造在注塑件210中的开口250。在注塑件210上例如构造了筒形的用于安装和导引图1中的炭刷187及197的电刷架287、297，从而使它在集电器工作表面189上与薄片170、171、172、173、174、175、176、177、178、179产生滑动接触。电刷架287、297中的至少一个在其纵向延展方向上优选具有至少五边形的横截面，如下面在图4和图5中所示。

电刷架287、297优选构造成可以有SLC(无传感器控制)能力的，从而实现对图1中的整流式电动机100的无传感器控制。为此电刷架287、297被这样构造在注塑件210上，使其能够实现炭刷187、197互相间以规定的电刷角度250布置。对这个电刷角度250这样进行规定，使它在图1中的整流式电动机100工作时能产生用于对转子进行位置探测或者旋转位置探测所合适的整流纹波电流，该转子由图1中的转子部件182构成。

根据一种实施方式，规定的电刷角度250处于这样的角度范围内，在这个范围内具有最小至90°偏差的规定的电刷角度250可以产生具有合适的整流纹波电流的纹波电流信号。这个角度范围由公式90°+/-(360°/2*N)得到，这里N是转子芯188的槽或者说开口100的数量。在图1中的N＝10的四极十槽整流式电动机100上相应得到角度范围为90°+/-18°，因此是72°至108°。

在本发明的上下文中，具有合适整流纹波电流的纹波电流信号是图1中的具有规定整流器直径的整流式电动机100以规定电刷角度250工作时产生的具有相对较大的纹波电流振幅。虽然这个较大的纹波电流振幅对于该纹波电流信号的可使用性以及电刷架287、297的SLC能力一般是有利的，但是由于产生它所必须的能量消耗会导致产生更大的噪声、功率损失和发出更多的电磁干扰射线。因此只有与当电刷角度为90°时可以达到的纹波电流信号相比，在噪声生成、功率损失以及放射电磁干扰射线方面仅仅轻微恶化的纹波电流信号才被看做具有合适整流纹波电流的纹波电流信号。当规定的电刷角度250不小于76°且不大于82°，优选是79°时，在图1中的整流式电动机100运行中产生这种纹波电流信号，如下文图3中所述。

注塑件210例如通过塑料注塑制成，这里根据一种实施方式，使用了一种所谓的开关注塑工具，即无滑动的(schieberlos)注塑工具。这里电刷架287、297优选形成在注塑工具半部中，从而使它相同通过使用无滑动的注塑工具通过塑料注塑构造在注塑件210上。因此可以这样在注塑件210上形成电刷架287、297，使规定电刷角度250的最大角度偏差可以达到小于0.5°。作为例子的电刷将在下文的图4和图5中得到阐述，这里图4是区域400的放大图，图5是图2中区域500的放大图。

根据一种实施方式，在注塑件210上还构造了用于安装电子部件的区域299。它例如可以是与炭刷187、197相连的补偿导电绕组。补偿绕组的例子在DE 197 57 279 C1中得到描述。

图3示出了具有三个示例性的纹波电流信号302、304、406的测量图300，它们在图1中的例如整流器直径为13mm的整流式电动机100运行中产生，并在其中根据不同的电刷角度310描绘出分别达到的纹波电流振幅320。这里不同的电刷角度310分别对应图2中的电刷角度250。纹波电流信号302例如在电刷宽度为3.0mm时出现，纹波电流信号304在电刷宽度为2.25mm时出现，而纹波电流信号306例如在电刷宽度为1.5mm时出现。308示出了在电刷宽度为1.8mm出现的纹波电流信号的一部分。

如在图3中可以看出的那样，图1中的整流式电动机100在范围330(在该范围330中电刷角度310不小于76°且不大于82°并且电刷宽度位于1.8mm至3.0mm)内运行时，产生比在90°时达到的纹波电流振幅加大的纹波电流振幅。同时通过测量可以证实，电刷角度310在这个范围内与当电刷角度310为90°时达到的纹波电流信号相比在噪声生成、功率损失以及放射电磁干扰射线方面仅仅轻微恶化。此外从这些测量数据出发，当电刷角度310为79°时所达到的纹波电流振幅和所出现的恶化之间的关系特别的有利。

图4示出了图2的局部400，具有在图2的注塑件210上布置在电刷架287内的炭刷187。例如按照根据第一实施方式的以滑槽结构(Kulissenfuehrung)形式构造的电刷架287在其纵向延展方向上具有示例性的六边形的横截面，横截面具有互相间平行布置的侧壁464、498，侧壁464、498各自具有倾斜的相向延伸的延伸部分455及444，它们通过大致垂直于侧壁464、498延伸的底壁488相互连接。根据一种实施方式在电刷架287的面对集电器183的端部区域内，设有至少一个固定件，它被构造用于在这个端部区域内防止炭刷187在与电刷架287的纵向延展方向横交的方向上滑出。图中示例性地布置了两个固定件412、414。

为了实现炭刷187在电刷架287中基本上无间隙的导引，炭刷187在其纵向延展方向上具有例如横截面，它基本上相当于电刷架287的六边形的横截面。炭刷187在其前面440上与图2中集电器183的叠片170、171的集电器工作表面189处于滑动接触。此外炭刷187可以利用朝集电器183方向上的力(用箭头477表示)在远离集电器183的、与前面440对置的后面430上加载，如下文针对图7所述。此外炭刷187可以利用朝电刷架287的底壁488方向上的力(用箭头475表示)在将前面与后面440、430相互连接起来的上面420上加载，如下文针对图5和图7所述。因此可以与固定件412、414一起防止炭刷187从电刷架287中滑出或者倾斜。上面420具有例如3.0mm的宽度499。

根据一种实施方式，炭刷187的后面430以规定的角度432从与垂直上面420垂直延伸的表面弯曲或者倾斜。因此可以产生作用在箭头477方向上的用于将炭刷187压向集电器183的力，还可以产生用于将炭刷187保持在电刷架287内的分力。

图5示出了图2的局部500，具有在图2的注塑件210上布置在电刷架297内的炭刷197。按照例如根据第二实施方式的以滑槽结构形式构造的电刷架297在其纵向延展方向上形成具有所谓的室形的示例性的五边形横截面。这个室形由相互间平行布置的侧壁564、598构成，它们各自具有倾斜的相向延伸的延伸部分558及544，它们形成锐角588。在电刷架297的面对图2中集电器183的端部区域中示例性地设有两个固定件512、514，从而防止在这个区域内炭刷197在与电刷架297的纵向延展横交的方向上滑出。

炭刷197在其纵向延展方向上示例性地具有这样的横截面，它基本上相当于电刷架297的五边形横截面，从而实现了炭刷197在电刷架297内基本上无间隙的导引。这里形成了室形结构的炭刷197形成在集电器183上的摩擦必需的体积并具有必需的相对较小的电刷宽度599(例如为3.0mm)。

炭刷197的前面540构造用于使其与图2中的集电器183的集电器工作表面189形成滑动接触。此外炭刷197可以利用朝图2中集电器183方向上的力(用箭头577表示)在与前面540对置的后面530上加载，如下文针对图7所述。此外炭刷197可以通过朝电刷架297方向上的力(用箭头575表示)在将前面与后面540、530互相连接起来的上面520上加载，如下文针对图7所述。因此可以与固定件512、514一起防止炭刷197从电刷架297中滑出或者倾斜。

根据一种实施方式，在注塑件210上构造了固定元件550，它例如具有与电刷架297的纵向延展方向横交地延伸的紧固螺栓555以及支撑件557。根据第一实施方式在紧固螺栓555上示例性地构造了的压紧弹簧580，它在下文中也被成为“炭压紧弹簧”。它用于利用规定的弹簧力将炭刷197保持在电刷架内297。

炭压紧弹簧580例如是具有构造在支撑区域582上的例如成形而成的支臂也就是弹簧臂584的扭力弹簧。通过支撑在支撑件557上的支撑区域582，弹簧臂584在箭头575的方向上被压在炭刷197上并因此在箭头575的方向上对其加载。

图6示出了根据第二实施方式的优选构造成整体式扭力弹簧的炭压紧弹簧600。它示例性地具有弹簧体610，弹簧体610具有构造在其上的、例如是成形而成的第一支臂或者弹簧臂686以及支撑区域682，在支撑区域682上面构造或者成形了第二支臂也就是弹簧臂684。

第一弹簧臂686用于利用规定的第一弹簧力也就是炭推进力对配属的炭刷(例如图4中的炭刷187)加载，例如在箭头477的方向上以及在图4中的集电器183方向上，从而在那里保证炭刷的必须的压紧力。第二弹簧臂684用于利用规定的第二弹簧力也就是炭保持力对配属的炭刷(例如图4中的炭刷187)加载，例如在箭头475的方向上以及在图4中的电刷架287方向上，从而在那里保证对炭刷的必须的保持作用。

需指出的是，炭压紧弹簧600的具有碳推进力-碳保持力的功能分离的整体结构，仅仅是作为示例的特征，不能被理解为对本发明的限制。这也可以由多个部分实现，这里为每一功能使用一个或者多个配套的部件。

图7示出了结构700，其具有根据第三实施方式优选构造成整体式扭力弹簧的炭压紧弹簧705和示例性的炭刷787。它具有例如上面720和弯曲或者说倾斜规定了角度732的后面730。

炭压紧弹簧705示例性地具有弹簧体710，弹簧体710具有设在其上的、例如成形而成的第一支臂或者弹簧臂714以及设在在其上的、例如成形而成的第二支臂或者弹簧臂712。炭压紧弹簧705的工作原理基本上相当于图6中的炭压紧弹簧600的工作原理，从而这里为了叙述的简洁明了不再进一步阐述炭压紧弹簧705的工作原理。

图8示出了根据第四实施方式的炭压紧弹簧800。它示例性地由图6中炭压紧弹簧600的弹簧体610和第一支臂或者弹簧臂686组成。相应的炭压紧弹簧600仅仅被构造用于例如利用规定的第一弹簧力在图4中箭头477方向上将图4中的炭刷187压向图4中的集电器183。

需要指出的是，可以将上文中在图1中至图8中所述的特征联合起来用于图1中整流式电动机100的能产生纹波电流的结构，该整流式电动机100具有根据一种实施方式的具有SLC能力的电刷架。因此可以通过联合这些特征在图1的整流式电动机100中实现产生稳健可靠的纹波电流信号，它一方面具有合适的整流纹波电流，另一方面与当电刷角度为90°时可以达到的纹波电流信号相比在噪声生成、功率损失以及放射电磁干扰射线方面仅仅轻微恶化。

Claims (15)

1.具有整流器(185)的整流式电动机(100)，整流器(185)具有在集电器工作表面(189)上与配属的电刷(187、197)处于滑动接触的集电器(183)，其中电刷(187、197)被安装在配属的电刷架(287、297)中，其特征在于，电刷架(287、297)被构造用于能够在72°至108°范围内规定的电刷角度(250)内安装电刷(187、197)。

2.根据权利要求1的整流式电动机，其特征在于，电刷角度(250)不小于76°且不大于82°，优选是79°，其中电刷角度(250)尤其设置用于能够产生对转子(182)进行位置探测所合适的整流纹波电流。

3.根据权利要求1或2的整流式电动机，其特征在于，整流器(185)配属于转子(182)，它具有四极定子芯(181)。

4.根据前述任一项权利要求的整流式电动机，其特征在于，转子芯(188)被构造成具有十个槽。

5.根据前述任一项权利要求的整流式电动机，其特征在于，集电器(183)具有多个叠片(170、171、172、173、174、175、176、177、178、179)，所述叠片的数量不是4的整数倍。

6.根据前述任一项权利要求的整流式电动机，其特征在于，电刷(187、197)分别具有电刷宽度(499)，该电刷宽度(499)位于1.8mm至3.0mm的范围内，特别是在集电器(183)的周向方向上。

7.根据前述任一项权利要求的整流式电动机，其特征在于，电刷架(287、297)喷射到配属的注塑件(210)上。

8.根据前述任一项权利要求的整流式电动机，其特征在于，至少一个电刷架(287、297)在其纵向延展上具有至少五边形的横截面，它优选被构造成室形。

9.根据前述任一项权利要求的整流式电动机，其特征在于，在所述至少一个电刷架(287、297)上设有至少一个固定件(412、414)，它被构造用于防止配属的电刷(187、197)在与电刷架(287、297)的纵向延展方向横交的方向上滑出。

10.根据前述任一项权利要求的整流式电动机，其特征在于，为所述至少一个电刷架(287、297)配有至少一个炭压紧弹簧(600)，用于以规定的第一弹簧力在径向方向上朝向所述叠片(170、171、172、173、174、175、176、177、178、179)加载配属的电刷(187、197)。

11.根据前述任一项权利要求的整流式电动机，其特征在于，所述至少一个炭压紧弹簧(600)构造用于利用规定的第二弹簧力将配属的电刷(187、197)保持在所述至少一个电刷架(287、297)中。

12.根据前述任一项权利要求的整流式电动机，其特征在于，为至少一个电刷架(287、297)配有至少一个整体的炭压紧弹簧(600)，该炭压紧弹簧具有第一弹簧臂(686)和第二弹簧臂(684)，其中第一弹簧臂(686)用于利用规定的第一弹簧力径向地朝集电器(183)方向加载配属的电刷(187、197)，第二弹簧臂(684)用于利用规定的第二弹簧力在横交于径向方向，特别是在集电器(185)的轴向方向或者切向方向上，将配属的电刷(187、197)保持在所述至少一个电刷架(287、297)中。

13.根据前述任一项权利要求的整流式电动机，其特征在于，配属的电刷(787)具有以规定的角度(732)倒斜面的端部区域(730)，该端部区域由第一弹簧臂(714)以规定的第一弹簧力加载。

14.根据前述任一项权利要求的整流式电动机，其特征在于，所述电刷(187、197)中的至少一个具有含炭的材料。

15.根据前述任一项权利要求的整流式电动机，其特征在于，电刷架(287、297)通过塑料注塑在使用无滑动的注塑工具的情况下构造在注塑件(210)上。

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