CN103051110A - 换向器电机设计的电刷系统 - Google Patents

Abstract

提供一种用于电力转向系统的换向器电机设计的电刷系统。该换向器电机包括：换向器，可绕轴线旋转；电刷引导件，设置在换向器周围；至少一个电刷，设置在电刷引导件中并且接近换向器径向外缘安置；以及由电刷引导件支撑的弹簧，促使至少一个电刷与换向器接触。该至少一个电刷包括接触端，该接触端具有至少一个构造成与换向器接触的平面部分。

Description

换向器电机设计的电刷系统

相关申请的参考

本专利申请要求2011年10月11日申请的美国临时专利申请系列第61/545,753号的优先权，并通过引用结合其全部公开内容在此。

技术领域

本说明书涉及换向器电机，尤其涉及换向器电机的电刷系统。

背景技术

在典型的换向器电机中，换向器可以沿两个方向旋转，例如顺时针方向和逆时针方向。换向器电机的电刷可以保持在电刷引导件上并且相对于换向器沿径向定位。电刷沿换向器的外周间隔开并且构造成与换向器接触。可以使用弹簧来促使电刷与换向器接触。

换向器电机使用电刷来使得电流流过缠绕在换向器上的专用线圈。这些线圈产生电场，该电场将会在由永磁体维持的磁场中产生转矩。当换向器旋转时该电场切换以维持有效转矩。由于这种切换，或者换向，转矩可能发生变化。当这种换向恰当时，这种变化是可以容忍的。当电机高速运行时，这种变化可能是确定的。但是，当速度降低到例如小于10rpm时，额外的有害的转矩变化将会变得明显。

这种转矩变化可能起因于旋转过程中电刷和换向器之间的接触状态的某种改变或某些改变。换向器导轨相对于每个电刷的位置(由旋转导致的)以及电刷在电刷引导件中的方位可能会导致接触状态发生变化。促使电刷与换向器接触的弹簧已经被用于尽量改善接触状态。但是，这种弹簧的使用会受到可能施加到电刷而不导致电刷和换向器之间过度摩擦的力的大小的限制。

因此，希望提供一种具有稳定接触状态的换向器电机组件。

发明内容

根据一个发明，提供一种用于电力转向系统的换向器电机，该换向器电机包括：换向器，可绕轴线旋转；电刷引导件，设置在换向器周围；至少一个电刷，设置在电刷引导件中并且接近换向器径向外缘安置；以及由电刷引导件支撑的弹簧，促使至少一个电刷与换向器接触。该至少一个电刷包括接触端，该接触端具有至少一个构造成与换向器接触的平面部分。

结合附图，从以下描述中将会明了这些和其它优点和特征。

附图说明

在说明书结论部分的权利要求中特别指明并且清楚要求了被看作为本发明的主题。结合附图从以下详细描述中可以明了本发明的前述和其它特征和优点，其中：

图1示出了根据一个示意性实施例的包括在电刷引导件中的电刷和换向器的换向器电机；

图2示出了根据一个示意性实施例的换向器电机中的电刷系统的元件；

图3示出了根据一个示意性实施例的在单个电刷和换向器之间的接触；

图4示出了根据一个示意性实施例的电刷系统的元件和在电刷和换向器之间的接触；

图5示出了根据一个示意性实施例的显示基于换向器的旋转方向由电刷和换向器之间的接触引起的各个力的力图；以及

图6示出了包括在换向器、电刷保持件和弹簧之间的力的力图。

具体实施方式

现在参考附图，其中将参考具体实施例进行描述本发明，但本发明不限于此，换向器电机子结构20包括电刷引导件30、电刷40、弹簧50、以及换向器60。

参考图1，在一个示意性实施例中，换向器60可以沿着第一方向以及与第一方向相反的第二方向旋转。换向器60包括沿其外周设置的多个换向器导线62。电刷引导件30在换向器60周围径向设置。电刷引导件构造成相对于换向器定位电刷40。

参考图2和图3，在一个示例性实施例中，电刷40包括接触端42和安装端44。电刷40沿换向器60的径向外缘设置以便接触端42与换向器60相接触。与接触端42相比，电刷40的安装端44形成在电刷40的相对端。安装端44安装在电刷引导件30中以便电刷引导件30可以相对于换向器60保持电刷40。

弹簧50由电刷引导件30支撑。弹簧50构造成向电刷40的安装端44施加弹簧力以促使电刷40与换向器60相接触。

在一个示意性实施例中，四个电刷40可以结合设置在换向器电机子结构20内。四个电刷40沿换向器60的径向外部设置并且绕换向器60外周间隔开。所包含的弹簧50向相应的电刷40提供弹簧力。也就是说，每个电刷40可以被单个弹簧50促动朝向换向器60。可以理解，本发明不限于上述这种结构，换向器电机子结构20根据具体应用可以包括任意数量的电刷40和弹簧50。

在一个示意性实施例中，换向器电机子结构可以使用在转向系统中。但是，转向系统设备在换向器电机设计中产生出传统换向器电机应用中未注意到的额外特征。一个这种特征是电刷40与换向器60接触的稳定性。这里使用的术语“稳定性”指可维持的接触模式，无论换向器的旋转方向是什么，均能实现该接触模式。如果该稳定性没有被维持住，则在某些可被放大的位置处存在增加的转矩变化。根据这里所描述的示例性实施例，本发明可以使电刷40和换向器60之间的接触稳定，同时也使这些电刷和电刷在该处操作的各个槽穴之间的接触稳定。

在使用中，当换向器60旋转时电刷40应该以同步方式与换向器导线62接触。无论换向器60的旋转方向是什么，在电刷40和换向器60之间的触点‘C’处所产生的电阻由稳定的接触模式产生。术语“稳定接触”指稳定接触区域，也指在触点‘C’处的合理大小的稳定压力。这允许少量的接触电阻变化。

图3示出了根据本发明一个示例性实施例的在电刷40和换向器60之间的触点‘C’。弹簧50压靠电刷40的安装端44，因而提供弹簧力以促使电刷40与换向器60相接触。根据本发明的一个示例性实施例，电刷40的接触端42包括两个平面部分46、47，每个平面部分构造成在触点‘C’处与换向器60相接触。弹簧50提供弹力F_S以促使电刷12与换向器15相接触(参见图5A、图5B和图6)。

此外，参考图3，电刷40包括纵轴线‘L’。弹簧50包括弹簧轴线‘S’。在一个示意性实施例中，弹簧轴线可以相对于纵轴线成角度从而使得弹簧力F_S非轴向地施加到电刷40上。

平面部分46、47相对于彼此形成一定角度。因此，在一个示意性实施例中，接触端42可以形成为大致‘V’形形状。由于这种几何形状，换向器60和电刷40之间的触点‘C’可以朝向电刷40的外缘移动，即远离中心区域，从而使得具有在纵轴线‘L’的相对侧上的两个触点‘C’。正如下面进一步讨论的那样，当施加到电刷40的力方向由于换向器的旋转方向和旋转速度而发生变化时，这种构造可有助于坚固性。

图4是根据本发明一个示意性实施例的换向器电机子结构的视图。在图4所示的示意性实施例中，换向器电机子结构20包括四个电刷40，它们沿换向器60的径向外部设置并且围绕换向器60的外周在圆周上间隔开。其中一个电刷40以部分截面视图示出，切去了换向器导线62以显示出电刷40和换向器60之间的触点‘C’，类似于图3所示的视图。

图5A和图5B是示出了由于电刷40与其环境相作用而引起的且关于换向器60的旋转方向的力矢量平衡的变化的视图。图5A和图5B所示出的力矢量尤其包括在不同旋转方向期间从换向器60施加到电刷40的力矢量。

图5A示出了换向器60沿逆时针方向旋转的例子。在此示例中，弹簧力F_S施加到电刷40上，电刷引导件的力示出为大体横向力F_B1和F_B2。第一换向器力F_C1从换向器60施加到电刷40。

图5B示出了换向器60沿顺时针方向旋转的示例。类似于图5A中的示例，图5B示出了施加到电刷40上的弹簧力F_S和电刷引导件力F_B1和F_B2。然而，与F_C1相比，由于换向器60的旋转方向导致由换向器60施加的第二换向力F_C2沿不同方向施加。

在图5A和图5B的示例中，弹簧力F_S作为相对于换向器60的大体径向力被示出。在一个示意性实施例中，参考下面进一步讨论的图6，偏移并重新定向所述弹簧力F_S使得弹簧力F_S相对于电刷40的纵轴线成角度是有利的。

参考图6，根据本发明的示例性实施例，为了实现稳定的接触模式，电刷40和换向器60之间的触点‘C’行程为主要接触。之后，这些力布置成使得该接触就几何形状和压力而言保持不变。可以在两个点‘C’处形成电刷40和换向器60之间的接触。正如上面所详细描述的那样，在一个示意性实施例，电刷40的接触端42由两个平面部分46、47形成。在一个示例中，两个平面部分46、47布置成相对于电刷40的纵轴线‘L’处于一特定角度。这些平面部分的角度设置成使得触点‘C’朝向电刷40的外缘产生。

此外，进一步参考图6，正如上面参考图3所描述的那样，弹簧轴线‘S’可以被偏移和重新定向使得弹簧轴线‘S’相对于纵轴线‘L’成一角度。因此，由弹簧50施加的弹簧力F_S被非轴向地施加到电刷40上。由于这种结构，所以由弹簧力F_S和电刷保持件反作用力F_B1和F_B2产生的最终力矢量落入在两个换向力FC₁和F_C2之间，这两个换向力F_C1和F_C2在一个界面或多个界面，即电刷40和换向器60的触点‘C’处产生。如上面所述的那样，这可以通过偏移和重新定向弹簧力矢量以及通过设置电刷40和电刷引导件30之间的接触位置来实现。

在上述的示意性实施例中。弹簧50施加的预荷载可以减小同时允许穿过电刷-换向器界面的电压下降。因此，与以前的构造相比，可以实现性能优点。稳定的电刷接触也有助于降低由于换向器电机子结构的部件之间的变化或不稳定接触而导致的可能噪音的产生。

此外，在上述示意性实施例中所描述的换向器电机可以用于电力转向系统。在这种应用中，换向器60基于转向柱的转向轮或转向轴的旋转方向沿不同方向旋转。

尽管结合仅仅有限数量的实施例详细描述了本发明，但是应该容易理解，本发明不限于这些公开的实施例。而且，本发明可以进行改进以包含任何数量的这里未表描述的变化、变更、代替或者等同设置，这也符合本发明的精神和范围。此外，尽管已经描述了本发明的不同实施例，但是可以理解，本发明的一些方面可以仅包括了所描述的实施例中的一些。因此，本发明不应该被认为限制于前述的描述中。

Claims (7)

1.一种用于电力转向系统的换向器电机，包括：

换向器，其可绕轴线旋转；

电刷引导件，其围绕所述换向器定位；

至少一个电刷，其设置在所述电刷引导件中并且接近所述换向器的径向外缘定位；以及

由所述电刷引导件支撑的弹簧，其促使所述至少一个电刷与所述换向器接触，

所述至少一个电刷包括接触端，该接触端包含至少一个构造成与所述换向器接触的平面部分。

2.如权利要求1所述的换向器电机，其中所述电刷的接触表面包括设置在所述电刷的纵轴线的相对侧上的两个平面部分，每个平面部分均构造成与所述换向器接触。

3.如权利要求1所述的换向器电机，其中所述至少一个电刷包括多个电刷，该多个电刷沿所述换向器的径向外缘设置并且沿所述换向器的周围间隔开。

4.如权利要求1所述的换向器电机，其中所述电刷包括纵轴线，且所述弹簧限定了弹簧轴线，该弹簧轴线定位成相对于所述电刷的纵轴线成一角度。

5.如权利要求4所述的换向器电机，其中所述弹簧相对于所述电刷的纵轴线成一角度地向所述电刷施加弹簧力。

6.如权利要求1所述的换向器电机，其中所述换向器还包括换向器引线。

7.如权利要求1所述的换向器电机，其中所述换向器沿着第一方向和与第一方向相反的第二方向可旋转。

Images