CN103166079B - 用于机动车的电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车的电机（101），该电机具有至少一个用于与换向器（145）建立电气的滑动接触的炭刷（107）以及用于对所述炭刷（107）的磨损进行检测的位移传感器（103）。

Description

用于机动车的电机

技术领域

本发明涉及一种用于机动车的电机尤其起动电动机，该电机具有至少一个用于建立电气的滑动接触的炭刷。

背景技术

为了起动机动车中的内燃机，主要使用以机械方式换向的直流电机。所输送的电流通过一个或者多个电刷对经过所述换向器导入到电枢绕组中。这些电刷大多数由具有铜及石墨份额的烧结材料制成。在运行过程中，所述炭刷以及所述换向器经历磨损。

起动电动机典型地为短时间的运行而设计并且适合于30,000-60,000个开关周期。如果所述起动电动机应该为较高的负载或者为较长的运转时间（比如在起停运行时有必要）而设计，那么事实表明，尽可能多的炭刷对的使用可以引起最大可能的使用寿命。在此，比如在为起停运行使用起动电动机的情况下对于6极电机来说使用六个而不是四个炭刷。在起停使用范围内，所述开关次数要求在此期间可以大于250,000个周期。

发明内容

本发明的任务是，提供一种电机，对于该电机来说技术上的维护可以得到改进和简化。

该任务通过根据本发明的用于机动车的电机得到解决。本发明的有利的实施方式是附图、说明书及下文中的改进技术方案的主题。

按照本发明的一个方面，该任务通过一种用于机动车的电机尤其起动电动机得到解决，该电机具有至少一个用于与换向器建立电气的滑动接触的炭刷以及一个用于对所述炭刷的磨损进行检测的位移传感器。由此获得这样的优点，即可以确定所述电机的磨损及功能能力，而不必对所述电机进行手动的检查。此外，通过所述按本发明的电机来改进机动车的可靠性，因为可以确定，炭刷的磨损何时超过临界的标记。在这种情况下，可以及时寻找维修点，从而可以避免汽车的意外的停止。

在一种有利的实施方式中，所述位移传感器设置用于检测炭刷的位移。由此比如实现这样的技术上的优点，即能够以特别少的技术上的开销尤其可精确地测量位移并且所述电机的构造得到简化。

在另一种有利的实施方式中，所述位移传感器包括测针，该测针与炭刷处于接触之中。由此比如实现这样的技术上的优点，即所述炭刷的位置以机械的方式传递到另一个地点，而后可以在所述另一个地点测量所述炭刷的位置。

在另一种有利的实施方式中，所述测针由碳纤维增强的塑料制成。由此比如实现这样的技术上的优点，即所述测针尤其相对于热负荷不敏感。

在另一种有利的实施方式中，所述测针包括金属的包套。由此比如实现这样的技术上的优点，即所述测针的在电路径上的位置可以通过所述金属的包套的耦合来获得。

在另一种有利的实施方式中，所述位移传感器包括一个初级线圈和至少一个次级线圈。由此比如实现这样的技术上的优点，即用简单的技术手段形成用于所述金属的包套的位置的电子的位移传感器。

在另一种有利的实施方式中，所述位移传感器包括用于将直流电压转换为交流电压的振荡器。由此比如实现这样的技术上的优点，即为了运行所述位移传感器而可以使用车用电路的直流电压。

在另一种有利的实施方式中，所述振荡器与所述初级线圈进行了电气连接。由此比如实现这样的技术上的优点，也就是将交流电馈入到用于对所述测针的位置检测的初级线圈中并且提高测量的精度。

在另一种有利的实施方式中，所述位移传感器包括用于对输出电压进行滤波的解调器。由此比如实现这样的技术上的优点，即对信号线中的干扰影响或噪声进行抑制。

在另一种有利的实施方式中，所述位移传感器包括第二次级线圈。由此比如实现这样的技术上的优点，即对在所述两个次级线圈中所感应的电压进行解调、滤波并且相互切换。在此如此选择所述针的位置，从而在原始位置中产生0V的输出电压。

在另一种有利的实施方式中，所述解调器与所述第一及第二次级线圈进行了电气连接。由此比如实现这样的技术上的优点，即可以消除感应到所述线圈中的电压噪声。

在另一种有利的实施方式中，所述解调器包括一个用于对感应到所述第一和第二次级线圈中的电压进行比较的比较装置。由此比如实现这样的技术上的优点，即可以精确地关于处于所述线圈之间的基准点来确定所述位置。

在另一种有利的实施方式中，所述电机具有一个拥有用于穿过测针的穿孔的电动机壳体。由此比如实现这样的技术上的优点，即可以从所述壳体的外面来测量所述炭刷的位置。

在另一种有利的实施方式中，所述电动机壳体具有至少一个用于固定所述位移传感器的螺纹孔。由此比如实现这样的技术上的优点，即所述位移传感器可以用螺栓固定在所述壳体上。

在另一种有利的实施方式中，所述电动机壳体具有用于接纳所述位移传感器的凹处。由此比如实现这样的技术上的优点，即所述位移传感器与所述壳体之间具有良好的接触。

在另一种有利的实施方式中，所述电机具有一个拥有用于穿过测针的穿孔的电动机壳体，所述穿孔直接处于一个或者多个炭刷上。由此比如实现这样的技术上的优点，即所述电动机在受到保护的情况下处于所述壳体的内部并且可以从所述壳体的外侧来测量所述炭刷的磨损。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且下面进行详细说明。附图示出如下：

图1是具有对于炭刷磨损进行检测的位移传感器的电机的横截面视图；

图2是所述位移传感器的示意图；

图3是电动机壳体的一种实施方式的俯视图；

图4是电动机壳体的另一种实施方式的俯视图；

图5是所述电机的示意图；并且

图6是所述具有位移传感器的电机的示意性的横截面视图。

具体实施方式

用作起停-起动电动机的电机典型地用用于在电动机持续测试运转中进行释放的“8/1循环次序”来运行。也就是说，所述电机用8次短起动（起停运行）和1次长起动来触发。在短起动时，触发时间处于0.2s到0.5s之间。长起动则处于1s的范围内。在此加进来超越阶段，所述超越阶段按所述发动机的起动特性而不同并且在所述超越阶段中内燃机的齿圈超过所述起动机小齿轮并且所述齿圈比所述起动机小齿轮转得快。这个由长起动和短起动构成的循环次序也比如在用汽车实施冷起动或热起动时出现在现生产的汽车上。其它的负荷比如代表着内燃机的温度、空气湿度、发动机上剧烈的振动或者振荡以及其它的污染及脏物。

通过上面所列举的影响量，出现所述电机中的炭刷的线性的磨损特性。目前，在测试运行中常见的做法是，炭刷磨损借助于游标卡尺和额外的机械的辅助装置来手动检测。为了检测炭刷磨损情况并且能够将其记入到磨损图表（X轴=开关次数/Y轴=炭刷磨损），必须停止持续运转发动机并且经受一个小时到两个小时的冷却阶段，因为起停发动机持续运转以处于60℃-90℃的温度来运行。按所述起动机的安装位置，在有些情况中起动机也必须完全从发动机上拆下来，以便能够真正地实施炭刷磨损测量。这意味着，通过停止时间（Standzeit）对于时间上关键的鉴定试验来说失去开关次数并且对于这样的活动/测量来说需要额外的人力。

在内部的发动机-试验区中产生用于试验员工并且用于停止时间的费用。这种处理方式，也就是说起动机的拆卸和炭刷磨损的手动的测量对于汽车上的批量使用来说也是必要的，如果对于开关次数“X”来说想确定关于处于批量中的电机的炭刷磨损的信息。通常为此必须将汽车送到相应的专业维修点中，在所述专业维修点中而后将所述电机从汽车中拆下来，因为只有拆下来才能进行炭刷磨损测量。但是专业维修点为此必须拆卸所述起动机，因为在批量起动机上不存在必要的测量孔并且需要额外的测量设备。

本发明说明一种自动化的用于检测炭刷磨损的测量原理，对于该测量原理来说不会出现比如通过为了进行炭刷磨损测量而安装和拆卸起动机这个过程引起的停止时间。此外，炭刷磨损值总是可以精确地根据开关次数在对测量装置的信号进行处理的程序中示出并且读出。通过所述磨损值的自动的测量可以将测量误差降低到最低限度。

图1是电机101的横截面视图。该电机101在启动内燃机时用作用于驱动汽车中的内燃机的起动电动机。

所述电机101包括电动机壳体109，在该电动机壳体上布置了具有测针105的位移传感器103。在所述电动机壳体109中布置了旋转轴111，在该旋转轴上有转子绕组113。所述转子绕组113在所述换向器上通过滑环和炭刷107引到外面。

所述炭刷107，也称为电刷、接触电刷或者电机电刷（Motorkohle），是所述电机101中的滑动触点并且与所述电机的旋转的部件-也称为换向器或者也称为集电器的-的片比如转子或者转动件建立电气接触。炭刷大多数由石墨制成。但是，根据使用情况，炭刷也可以要么富含金属的成分比如铜、银、钼或者完全由金属制成。

所述炭刷107以能够在所述壳体中移动的方式布置在炭刷架121中，该炭刷架通过压紧弹簧朝所述电气的触点的方向挤压。通过在转子与炭刷107之间进行的摩擦，磨去所述炭刷107的材料。在这种情况下，通过所述压紧弹簧来跟踪所述炭刷107，从而可以保证与所述转子的电气接触。炭刷107的有待测量的磨损对于用作起动电动机的电机来说典型地处于0mm到13.0mm的范围内。

位移传感器103设置用于确定炭刷的磨损。这比如可以通过以下方式来进行，即确定所述炭刷107的由于磨损而在所述壳体109内部进行的移动。为此目的，比如可以使用位移传感器，所述位移传感器测量所述炭刷107在所述电机101的运行过程中所经过的位移。

这样的位移传感器比如通过直流-直流位移传感器也称为DC/DC位移传感器来形成。作为输入电压向所述DC/DC位移传感器输送直流电压，将所述直流电压转换为直流输出电压，所述直流输出电压的大小相应于所测量的移动。在此如此构造所述DC/DC位移传感器，从而可以将其用于为汽车上的批量应用方案进行改变。

位移传感器的优点是，所述炭刷107的磨损值可以立即直接通过已经在大多数汽车上存在的分析电子装置来一同加以保存比如控制仪或者故障存储器。

因为在专业维修点中在每次进行主要检查时按标准读出汽车中的故障存储器，所以所述磨损值可以从所述存储器中读出并且在第二步骤中在线到达汽车制造商或者发动机制造商处。此外，所述磨损值可以与起动计数器相耦合，所述起动计数器则记录发动机起动的次数。由此也可以在每个磨损测量点上分配与起动的次数之间的配属关系。

制造商因此可以得到宝贵的关于处于批量中的起停系统的信息。也可以设想，不是一个结构系列的每部汽车都配备了这样的测量系统，因而仅仅有限的数目的汽车得到这种额外的系统并且可以“现场”就磨损测量作出统计学上的说明。

图2示出了所述位移传感器117的结构的示意图，该位移传感器尤其适合于用在电机101上，用于对炭刷磨损进行测量。所述位移传感器117包括差动变压器，该差动变压器具有能够移动的测针119、振荡器125以及解调器127。所述振荡器125将车用电路的在输入端上输入的直流电压转换为交流电压并且将其输送给初级线圈129。所述解调器127与两个次级线圈131及133相连接，所述次级线圈在电磁方面与所述初级线圈129相耦合。所述解调器127用于对输出电压进行滤波并且用于对感应到所述第一及第二次级线圈中的电压进行比较。如果所述测针119在所述位移传感器117的内部移动，那么所述初级线圈129与所述次级线圈131及133之间的感应的耦合就按所述测针119的位置发生变化。而后通过所述解调器127来输出与所述炭刷107的磨损呈线性关系的输出电压。

所述位移传感器117的测针119可以由碳纤维增强的材料（CFK材料）构成，所述碳纤维增强的材料可以粘合到炭刷107的管筒123中。CFK材料由于微小的大约0.2×10-6mm/K的热膨胀系统并且由于微小的重量特别好地适合于这个用途。

所述位移传感器117的测针119通过所述电动机壳体或者极靴109中的钻孔从所述炭刷框架121出发从所述电动机壳体109中伸出来。在所述测针的端部上，在所述位移传感器117的内部有金属的包套。

在另一种实施方式中，也可以为传感器使用其它的材料比如金属针，对于所述传感器来说传感器核心或者测针119没有持久地与炭刷107处于接触之中。

在所述相对于炭刷107无持久的接触的实施方式中，所述测针119在所述电机101停止时可以自动地下降到所述炭刷107上。这可以借助于电子装置或者额外的辅助装置的转换来进行。在定位之后，为进行测量而向所述位移传感器117通电，从而在所述次级侧上可以截取输出电压。在所述电机启动之前，使所述测针119通过所述辅助装置移出来并且切换通电。以特定的时间间隔来测量所述炭刷107的磨损，由此比如可以实现以下优点，即减少所获取的数据量并且减少用于对磨损进行监控的能量开销。比如可以在通过时间测量装置确定的日期的基础上来实施测量，使得测量仅仅每30天实施一次。在另一种实施方式中，所述测量可以在已行驶的公里数的基础上来实施，比如在10,000汽车公里数之后相应地实施。在另一种实施方式中，所述测量可以在起动次数的基础上来实施，比如总是在5000次起动之后来实施。

可以专门地选择所述传感器的尺寸，从而遵守必要的测量范围并且不过同时将传感器壳体的尺寸保持在尽可能小的程度上，用于将所述电机101的安装空间保持在微小的程度上。

图3示出了所述电动机壳体109的一种实施方式的俯视图。为了在与上面所描述的位移传感器的组合中使用而制造的电动机壳体109在特定的位置上具有至少一个用于穿引所述炭刷107上面的测针119的穿孔137。

此外，所述电动机壳体109在后面的区域中在换向系统145的上面拥有用于固定传感器或者传感器壳体的螺纹孔135。

图4示出了电动机壳体109的另一种实施方式的俯视图。在这种实施方式中，所述电动机壳体109在所述换向系统145上具有凹处139，所述传感器的壳体可以装入到这个凹处中。这样的凹处比如可以通过铣削来产生。所述凹处139用于使所述传感器壳体更好地定位。其余的附图标记表示和在前面的附图中相同的特征。

图5示出了将所述传感器壳体144固定在电机比如起停-起动电动机上的情况。所述传感器壳体144布置在所述电机101的壳体109上。所获取的用于磨损的测量值通过信号线141传输给未示出的分析单元。在右侧上，所述壳体109具有密封罩143，该密封罩可以打开，用于更换炭刷107。

图6示出了所述电机101连同传感器壳体144的在图5的用A表示的线条上的示意性的横截面视图。所述传感器壳体144通过圆柱头螺栓147固定在所述电动机壳体109上的螺纹孔135中。所述电动机壳体109可以额外地在后面的区域中在外面在所述换向系统145上面包括用于使所述传感器壳体144更好地定位的凹处或者缺口139。

所述穿孔137直接布置在一个或者多个处于炭刷框架121中的炭刷107上。所述炭刷107与所述换向器145建立传导的接触。

所述测针119从所述穿孔137中穿过并且与所述能够移动的炭刷框架121处于接触之中。该测针119要么持久地与炭刷107处于接触之中要么仅仅为了进行磨损测量而自动地移到或者下降到炭刷107上。

有利的是，所述传感器具有在横截面中为圆弧形的接触面，因为该传感器在这种情况下可以以简单的方式安装在一个在横截面中为圆弧形的电动机壳体109中。在这种情况下，与所述接触面对置的外表面也可以具有圆弧形的横截面，从而所述圆柱头螺栓可以沿径向的方向旋入。

所有示出的和描述的特征可以以任意的方式有意义地彼此相组合，用于同时获得其有利的作用。

101 电机

103 位移传感器

105 测针

107 炭刷

109 电动机壳体/极靴

111 轴

113 转子绕组

115 包套

117 位移传感器

119 测针

121 框架

123 管筒

125 振荡器

127 解调器

129 初级线圈

131 次级线圈

133 次级线圈

135 螺纹孔

137 穿孔/通孔

139 凹处/缺口

141 信号线

143 封罩

144 传感器壳体

145 换向器

147 紧固螺栓。

Claims (16)

1.用于机动车的电机（101），具有至少一个用于与换向器（145）建立电气的滑动接触的炭刷（107），其特征在于具有用于对所述炭刷（107）的磨损进行检测的位移传感器（103），其中所述位移传感器包括测针，所述测针没有持久地与所述炭刷处于接触之中。

2.按权利要求1所述的电机（101），其特征在于，所述位移传感器（103）设置用于检测所述炭刷（107）的移动。

3.按权利要求1或2所述的电机（101），其特征在于，所述测针由碳纤维增强的塑料制成。

4.按权利要求1或2所述的电机（101），其特征在于，所述测针包括金属的包套（115）。

5.按权利要求1或2所述的电机（101），其特征在于，所述位移传感器（103）包括初级线圈（129）和至少一个第一次级线圈（131）。

6.按权利要求5所述的电机（101），其特征在于，所述位移传感器（103）包括用于将直流电压转换为交流电压的振荡器（125）。

7.按权利要求6所述的电机（101），其特征在于，所述振荡器（125）与所述初级线圈（129）进行了电连接。

8.按权利要求5所述的电机（101），其特征在于，所述位移传感器（103）包括用于对输出电压进行滤波的解调器（127）。

9.按权利要求8所述的电机（101），其特征在于，所述位移传感器（103）包括第二次级线圈（133）。

10.按权利要求9所述的电机（101），其特征在于，所述解调器（127）与所述第一次级线圈（131）及第二次级线圈（133）电连接。

11.按权利要求10所述的电机（101），其特征在于，所述解调器（127）包括用于对感应到所述第一次级线圈和所述第二次级线圈中的电压进行比较的比较装置。

12.按权利要求1所述的电机（101），其特征在于，所述电机（101）具有拥有用于穿引测针的穿孔（137）的电动机壳体（109）。

13.按权利要求12所述的电机（101），其特征在于，所述电动机壳体（109）具有至少一个用于固定所述位移传感器（103）的螺纹孔（135）。

14.按权利要求12或13所述的电机（101），其特征在于，所述电动机壳体（109）具有用于接纳所述位移传感器（103）的凹处（139）。

15.按权利要求12所述的电机（101），其特征在于，所述穿孔直接处于一个或者多个炭刷上。

16.按权利要求1所述的电机（101），其特征在于，所述电机是起动电动机。