CN103155305B - 换向器式电机 - Google Patents

Abstract

在一种具有换向器的换向器式电机中，该换向器具有集电器（183），该集电器在集电器工作面（189）处与对应的刷子（187）处于滑动接触，其中，刷子（187）布置在对应的刷架（287）中，至少一个刷架（287）在其纵向延伸部的方向上具有至少五角形的横截面。

Description

换向器式电机

现有技术

本发明涉及一种具有换向器的换向器式电机，该换向器具有集电器，该集电器在集电器工作面处与对应的（相配属的）刷子处于滑动接触，其中，刷子布置在对应的（相配属的）刷架中。

这种换向器式电机已经由现有技术公开，其具有由于换向而设计的换向器。换向器具有在集电器工作面处与对应的刷子滑动接触的集电器，集电器设置在换向器式电机的转子处。经由在对应的刷架中在一预定的刷角下相互相对布置的刷子，例如碳刷，和集电器，向换向器式电机供给用于运行所需要的电机电流。在使这种换向器式电机换向时形成所谓的“电流纹波”，其经由被用于确定转子的相应的转动位置。

现有技术的缺陷是，刷架被设计成直角的碳筒，其具有碳刷至集电器的相关的电刷重叠的较大公差，其中，只在一定的限度内才能够实现对碳刷的精确的和稳定的导向，因此通过换向形成的电流纹波信号仅仅具有有限的稳定性。这种有限的稳定性此外在碳刷的寿命过程中被进一步减小，因此在换向器式电机运行中各形成的电流纹波信号仅仅在有限的方式下能够应用于精确地确定转子的转动位置。

本发明的公开

因此本发明的目的是，提供一种新型的换向器式电机，其中，通过刷子在刷架中的改善的导向实现产生稳定（稳健）的电流纹波信号。

该问题通过一种带有换向器的换向器式电机来解决，换向器具有在集电器工作面处与对应的刷子滑动接触的集电器。刷子布置在对应的刷架中。至少一个刷架在其纵向延伸部的方向上具有一个至少五角形的横截面。

由此本发明以简单的方式和方法实现对刷架中的刷子的一种基本上无游隙的导向并且由此提供一种换向器式电机，其中，在运行中保证产生一种最小电流纹波信号，其适用于对相关的转子的可靠的和精确的转动位置确定。

该至少一个刷架的至少五角形的横截面优选以小屋形状（Häuschenform）进行设计。

因此可以实现在刷架中刷子的额外改善的和更稳定的导向。

在至少一个刷架处优选设置至少一个保持部件，其设计成用于防止在横向于刷架的纵向延伸部方向的方向上对应的刷子的滑脱。

因此可以可靠地和确定地防止刷子从刷架中不希望地滑脱。

按照一个实施方式，至少一个刷架配设有至少一个碳（刷）压紧弹簧，其用于在集电器的方向上向对应的刷子施加第一预定的弹簧力。

本发明因此不仅在刷子的新状态下而且在刷子的寿命期间都能够提供基本上恒定的刷子推进力和因此提供在集电器处的基本上恒定的刷子压紧力。

集电器优选具有数个片（整流片），其数量等于4的整数倍，其中，碳压紧弹簧被设计用于在片的方向上向对应的刷子施加第一预定的弹簧力。

因此，碳压紧弹簧可以以简单的方式和方法应用于许多不同地构造成的换向器式电机。

所述至少一个碳压紧弹簧优选设计成用于以第二预定的弹簧力将对应的刷子压紧在至少一个刷架中。

因此可以以简单的方式和方法防止刷子从刷架中滑脱。

按照一个实施方式，至少一个碳压紧弹簧是一体地（单件式）构造成并且具有第一弹簧臂，其用于对对应的刷子施加第一预定的弹簧力和第二弹簧臂，其用于对对应的刷子施加第二预定的弹簧力。

本发明因此能够提供一种稳定的和成本有利的用于实现碳压紧弹簧的部件。

对应的刷子优选具有以一预定的角度倾斜的末端区域，该末端区域被第一弹簧臂加载第一预定的弹簧力。

因此，第一弹簧臂的弹簧力可以以简单的方式和方法不仅用于提供希望的刷子推进力而且用于提供刷子压紧分力。

至少一个刷子优选具有含碳的材料。

本发明由此实现例如使用常规的成本有利的碳刷。

按照一个实施方式，刷架通过注塑在使用无滑动元件（滑动心轴）的压铸模具下在压铸件处构造成。

本发明由此实现一种配设了刷架的部件的简单的制造。

开头所述的问题也通过一种具有换向器的换向器式电机，换向器具有在集电器工作面处与对应的刷子滑动接触的集电器。刷子布置在对应的刷架中。至少一个刷架被分配至少一个一体的碳压紧弹簧，该碳压紧弹簧具有第一弹簧臂，其用于在集电器的方向上对对应的刷子施加第一预定的弹簧力和第二弹簧臂，其用于用第二预定的弹簧力将对应的刷子保持在所述至少一个刷架中。

本发明由此可以提供一种换向器式电机，其中，以简单的方式和方法，可以一方面实现基本上恒定的、用于将刷子压向集电器的刷子推进力，和另一方面实现基本上恒定的、用于防止刷子从刷架中滑脱出来的保持力。

附图简述

在以下的说明中借助于在附图中示出的实施例详细说明本发明。附图中所示：

图1是按照一个实施方式的换向器式电机的一个示意图，

图2是图1的换向器和一个压铸件的俯视图，在该压铸件处形成刷架，在该刷架中布置图1的碳刷，

图3是按照第一实施方式的、图2的配设了碳刷的刷架的、以及图2的集电器的片的透视图和剖视图，

图4是按照第二实施方式的、图2的配设了碳刷的刷架的、以及按照第一实施方式的碳弹簧的透视图和剖视图，

图5是按照第二实施方式的碳弹簧的透视图，

图6是按照另一个实施方式的、具有按照第三实施方式的碳弹簧的碳刷的侧视图，和

图7是按照第四实施方式的碳弹簧的透视图。

实施例的说明

图1显示了按照一个实施方式的、配设有定子部件181及转子部件182的、具有电机轴184的换向器式电机100，它被布置在电机壳体180中并且例如可以应用于例如机动车中的电动车窗升降器的驱动电机。定子部件181例如具有永久磁体186以及转子部件182例如具有定子心或铁心188。换向器式电机100为了换向具有换向器185，其具有预定的换向器直径，并且该换向器式电机可以这样地控制或调节，即不仅可以实现可逆运行，而且可以实现涉及希望的转速的预设。合适的换向器式电机的工作方式和结构已经由现有技术充分地公开，因此为了说明书的简洁起见在此处不进行详细的说明。

作为解释而言，换向器185包括集电器183，其在对应的集电器工作面189处建立与两个或更多个刷子187，197的滑动接触，因此电机100在运行中可以经由刷子187，197和集电器183被供给合适的电机电流。按照一个实施方式，至少一个刷子187，197具有含碳的材料并且例如按照碳刷的方式构造成。碳刷187，197布置在对应的刷架（在图2的287，297）中，该刷架就解释而言在优选一体的压铸件210处形成，并且各具有一种刷宽，其例如位于1.8mm至3mm的范围中。换向器185以下参照在图2中放大示出的俯视图进行详细描述。但是应该指出换向器的工作方式已经由现有技术充分地公开。因此为了说明书的简洁起见在此处不详细说明换向器185的工作方式。

集电器183在一个沿着箭头150的方向上看放大的俯视图中进行说明并且就说明而言具有数个环形布置的片（整流子片）168, 169, 170, 171, 172, 173, 174, 175, 176, 177, 178, 179，它们的外周面形成集电器工作面189。按照一个实施方式，片168, 169, 170, 171, 172, 173, 174, 175, 176, 177, 178, 179的数量等于四的整数倍。就说明而言，片168, 169, 170, 171, 172, 173, 174, 175, 176, 177, 178, 179被固定在与转子部件182对应的固定元件190处。该固定元件190例如是转子轴190，它与转子心188连接或者成形在该转子心处。

举例而言，转子心188具有数个极部段，在它们之间形成对应的槽或窄缝，其用于容纳转子绕组，为了图示的清楚和明了起见没有示出该转子绕组。就说明而言，转子心188具有12个极部段128, 129, 130, 131 , 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 139，它们各具有一个齿段和一个轭段。例如，极部段130具有一个齿段192和一个轭段194。因此转子心188以12个槽的方式设计并且此外按照一个实施方式以四个极的方式在定子181处构造。

但是应该指出，该四极的换向器式电机100仅仅是举例说明地以12个槽的方式设计而不是对本发明的限制。相反，如上所述，四极的换向器式电机100可以具有数个片和因此具有数个槽，该数量等于四的整数倍，因此本发明例如也可以应用于16个槽的或8 个槽的、四极的换向器式电机。

图2显示了图1的换向器185的一个视图，其带有固定在转子轴190处的集电器183的片168, 169, 170, 171 , 172, 173, 174, 175, 176,177, 178, 179，它们就说明而言穿过设置在压铸件210中的开口250。在压铸件210处例如按照箭筒方式构造有刷架287，297，其用于容纳和引导图1的碳刷187及197，以便使碳刷在集电器工作面189处与片168, 169, 170, 171, 172,173, 174, 175, 176, 177, 178, 179滑动接触。刷架287，297中的至少一个刷架在其纵向延伸部的方向上优选具有一个至少五角形的横截面，如下面在图3和4中说明的那样。

刷架287，297优选是以具有SLC能力的方式（无传感器地控制）构造成，以便因此实现对图1的换向器式电机100的无传感器式控制。为此，刷架287，297这样地在压铸件210处构造成，即这些刷架可以使碳刷187，197以相互间预定的刷角250进行布置。该刷角250这样地预定，即它在图1的换向器式电机100运行时可以形成换向电流纹波，其适合用于对通过图1的转子部件182形成的转子的位置探测和/或转动位置探测。按照一个实施方式，刷角250为大约90°，因为在这种刷角情况下在图1的换向器式电机100运行中出现第一基级（一阶）的已经突出的换向电流纹波，其适合用于位置探测或用于转动位置探测。

压铸件210例如通过注塑来制造，其中，按照一个实施方式应用一种所谓的开-合-压铸模具，也就是说，一种无滑动元件（滑动心轴）的压铸模具。在此情况下，刷架287，297优选在压铸模具半模中制造，因此刷架相应地通过注塑在使用无滑动元件的压铸模具下在压铸件210处构造成。因此刷架287，297可以这样地在压铸件210处形成，即可以实现预定刷角的小于0.5°的最大角度偏移。举例说明的刷架下面在图3和4中说明，其中，在图3中示出了区域400的放大的图示和在图4中示出了图2的区域500的放大的图示。

按照一个实施方式，在压铸件210处此外设置用于容纳电子部件的区域299。这些电子部件可以例如形成一种补偿导体绕组，它与碳刷187，197连接。一种举例说明的补偿绕组在DE19757279C1中描述。

图3显示了图2的局部400，其包括在图2的压铸件210处布置在刷架287中的碳刷187。例如按照一个第一实施方式以滑槽导向（滑环引导）的方式构造的刷架287在它的纵向延伸部的方向上举例而言具有六角形的横截面，带有相互平行布置的侧壁464，498，该侧壁具有分别倾斜的并且相互朝着对方延伸的延长部455及444，该延长部经由与侧壁464，498大致成直角延伸的底壁488被相互连接起来。按照一个实施方式，在刷架287的与集电器183面对的末端区域中设置至少一个保持件，该保持件被设计用于在该末端区域中防止碳刷187在横向于刷架287的纵向延伸部方向的方向上滑脱。就说明而言，设置有两个保持件412，414。

碳刷187在其纵向延伸部的方向上举例而言具有一种横截面，该横截面基本上对应于刷架287的六角形的横截面，以便实现至少在大多数情况下无游隙地引导刷架287中的碳刷187。在碳刷187的前端面（正面）440处，碳刷与图2的集电器183的片170，171的集电器工作面189滑动接触。为此，碳刷187可以在与集电器183背离的、与前端面440相对置的背面430处被施加一个在集电器183的方向上的力，其以箭头477表示，如下面在图6中描述的那样。此外，碳刷187可以在将前端面和背面440，430相互连接起来的顶面420处被施加一个在刷架287的底壁488的方向上的力，其用箭头475表示，如下面在图4和6中描述的那样。因此，在与保持件412，414相结合下，可以防止碳刷187从刷架287中脱落或翻倾。顶面420举例而言具有3.0mm的宽度499。

按照一个实施方式，碳刷187的背面430以预定的角度432从一个与顶面420垂直延伸的面弯曲或倾斜。因此，一个在箭头477的方向上作用的、用于将碳刷187朝着集电器183挤压的力也可以产生一个用于将碳刷187压制在刷架287中的分力。

图4显示图2的局部500，其包括在图2的压铸件210处布置在刷架297中的碳刷197。例如以滑槽导向的方式按照第二实施方式设计成的刷架297在其纵向延伸部的方向上举例而言具有五角形的横截面，其具有所谓的小屋形状。这种小屋形状由相互平行布置的侧壁564，598构成，该侧壁分别具有倾斜的并且相互朝着对方延伸的延长部558及544，该延长部形成锐角588。在刷架297的面对图2的集电器183的末端区域中，就解释而言，设置两个保持件512，514，以便在该末端区域中防止碳刷197在横向于刷架297的纵向延伸部方向的方向上滑脱。

碳刷197在其纵向延伸部的方向上举例而言具有一种横截面，该横截面基本上对应于刷架297的五角形的横截面，以便实现碳刷197在刷架297中的至少在大多数情况下无游隙的导向。在此情况下，小屋形状的碳刷197的结构实现了在与要求的比较小的刷宽599（其举例而言为3mm）结合下获得在集电器183处的磨耗所需要的体积。

碳刷197的前端面540被设计用于实现与图2的集电器183的集电器工作面189的滑动接触。为此，碳刷197可以在与前端面540相对置的背面530处被施加一个在图2的集电器183的方向上的力，该力用箭头577表示，如下面在图6中描述的那样。此外，碳刷197可以在将前端面和背面540，530相互连接起来的顶面520处被施加一个在刷架297的方向上的力，该力用箭头575表示，如在下面在图6中描述的那样。因此可以在结合保持件512，514情况下防止碳刷197从刷架297中滑脱或倾翻。

按照一个实施方式，在压铸件210处设计有固定元件550，该固定元件举例而言具有在刷架297的纵向延伸部的横向上延伸的固定栓555以及支撑件557。就解释而言，按照一个第一实施方式，在固定栓555处设计有压紧弹簧580，其以下也称为“碳（刷）压紧弹簧”。碳压紧弹簧用于以预定的弹簧力将碳刷197保持在刷架297中。

碳压紧弹簧580举例而言是一种具有在支撑区域582处构造的、例如一体成形的支腿或弹簧臂584的螺旋扭力弹簧。经由支撑在支撑件557处的支撑区域582，弹簧臂584在箭头575的方向上被挤压到碳刷197上并且因此在箭头575的方向上加载碳刷。

图5显示了按照第二实施方式的优选作为一体的螺旋扭力弹簧设计的碳压紧弹簧600。就解释而言，该碳压紧弹簧具有弹簧体610，该弹簧体具有设置在其上的，例如成形在其上的第一支腿或弹簧臂686以及支撑区域682，在该支撑区域上构造或一体成形有第二支腿或弹簧臂684。

第一弹簧臂686用于向对应的碳刷(例如图3的碳刷187)施加第一预定的弹簧力或碳（刷）推进力，例如在箭头477的方向上并且因此在图3的集电器183的方向上，以便在那里保证对碳刷所需的压紧压力。第二弹簧臂684用于向对应的碳刷(例如图3的碳刷187)施加第二预定的弹簧力或碳（刷）压紧力，例如在箭头475的方向上并且因此在图3的刷架287的方向上，以便在那里保证对碳刷所需的制止。

应该指出，具有碳（刷）推进力-碳（刷）压紧力的功能分离的碳压紧弹簧600的一体的（单件式的）设计结构仅仅具有举例而言的特性而不应该理解为是对本发明的限制。相反，该碳压紧弹簧也可以以多部分（多部件）的方式实施，其中，针对每种功能可以应用一个或多个对应的部件。

图6显示了一种布置结构700，其具有按照第三实施方式的优选作为一体的螺旋扭力弹簧设计成的碳压紧弹簧705和就解释而言的碳刷787。该碳刷举例而言具有顶面720和以一预定的角度732弯曲的或倾斜的背面730。

就解释而言，碳压紧弹簧705具有弹簧体710，弹簧体具有设置在其上的，例如一体成型的第一支腿或弹簧臂714以及设置在其上的，例如一体成型的第二支腿或弹簧臂712。碳压紧弹簧705的作用方式基本上对应于图5的碳压紧弹簧600的作用方式，因此在此处为了说明的简洁和简单而不对碳压紧弹簧705的作用方式进行详细说明。

图7显示了按照第四实施方式的碳压紧弹簧800。就解释而言，该碳压紧弹簧由弹簧体610和图5的碳压紧弹簧600的第一支腿或弹簧臂686构成。相应地，碳压紧弹簧600仅仅被设计用于例如在箭头477的方向上对着图3的集电器183向图3的碳刷187施加第一预定的弹簧力。

应该指出，为了以具有电流纹波能力的方式设计构造图1的带有按照一个实施方式的有SLC能力的刷架的结构的换向器式电机100，可以对上面在图1至7中描述的特征进行组合。

Claims (10)

1.一种具有换向器（185）的换向器式电机（100），所述换向器具有集电器（183），所述集电器在集电器工作面（189）处与对应的刷子（187，197）处于滑动接触，其中，所述刷子（187，197）布置在对应的刷架（287，297）中，其特征在于，至少一个刷架（287，297）在其纵向延伸部的方向上具有至少五角形的横截面，所述横截面具有相互平行布置的、沿轴向（475，575）延伸的侧壁（464，498，564，598），其中，所述刷架(287, 297)通过注塑在使用无滑动元件的压铸模具即所谓的开-合-压铸模具下在一个压铸件（210）处按照滑槽导向的方式形成，其中，具有一个第一弹簧臂（686）和一个第二弹簧臂（684），所述第一弹簧臂（686）用于沿径向在集电器（183）的方向上向一个对应的刷子（187，197）施加第一预定的弹簧力和所述第二弹簧臂（684）用于以第二预定的弹簧力在换向器（185）的轴向（475，575）上将所述对应的刷子（187，197）保持在所述至少一个刷架（287，297）中。

2.根据权利要求1所述的换向器式电机，其特征在于，所述至少一个刷架（287，297）的所述至少五角形的横截面以小屋形状构造。

3.根据权利要求1或2所述的换向器式电机，其特征在于，在所述至少一个刷架（287，297）处设置至少一个保持部件（412，414），所述保持部件被设计用于防止对应的刷子（187，197）在横向于所述刷架（287，297）的纵向延伸部方向的方向上滑脱。

4.根据权利要求1所述的换向器式电机，其特征在于，所述至少一个刷架（287，297）配设有至少一个碳压紧弹簧（600），所述碳压紧弹簧用于在所述集电器（183）的方向上向对应的刷子（187，197）施加第一预定的弹簧力。

5.根据权利要求4所述的换向器式电机，其特征在于，所述集电器（183）具有多个片(168, 169,170, 171, 172, 173, 174, 175, 176, 177, 178, 179)，其数量等于4的整数倍，其中，所述碳压紧弹簧（600）被设计用于在所述片(168, 169, 170,171, 172, 173, 174, 175, 176, 177, 178, 179)的方向上向对应的刷子（187，197）施加所述第一预定的弹簧力。

6.根据权利要求4所述的换向器式电机，其特征在于，所述至少一个碳压紧弹簧（600）设计成用于在换向器的径向的横向上以第二预定的弹簧力将所述对应的刷子（187，197）保持在所述至少一个刷架（287，297）中。

7.根据权利要求4所述的换向器式电机，其特征在于，所述至少一个碳压紧弹簧（600）是一体地设计成的并且具有第一弹簧臂(686)和第二弹簧臂(684)，所述第一弹簧臂用于向所述对应的刷子（187，197）施加第一预定的弹簧力和所述第二弹簧臂用于向所述对应的刷子（187，197）施加第二预定的弹簧力。

8.根据权利要求7所述的换向器式电机，其特征在于，所述对应的刷子（787）具有以预定的角度（732）被倾斜的端部区域（730），所述端部区域被所述第一弹簧臂（714）施加所述第一预定的弹簧力。

9.根据权利要求1所述的换向器式电机，其特征在于，所述对应的刷子(187, 197)具有含碳的材料。

10.一种具有换向器（185）的换向器式电机（100），所述换向器具有集电器（183），所述集电器在集电器工作面（189）处与对应的刷子（187，197）处于滑动接触，其中，所述刷子（187，197）布置在对应的刷架（287，297）中，其特征在于，所述刷架(287, 297)通过注塑在使用无滑动元件的压铸模具即所谓的开-合-压铸模具下在一个压铸件（210）处按照滑槽导向的方式形成，其中，至少一个刷架（287，297）配设有至少一个一体的碳压紧弹簧（600），所述碳压紧弹簧具有第一弹簧臂（686）和第二弹簧臂（684），所述第一弹簧臂（686）用于在集电器（183）的方向上向对应的刷子（187，197）施加第一预定的弹簧力和所述第二弹簧臂（684）用于以第二预定的弹簧力将所述对应的刷子（187，197）保持在所述至少一个刷架（287，297）中。