CN103730802A - 用于在电机内传输电流的换向机构 - Google Patents

Abstract

一种用于将电流传输至电机电枢的换向机构具有包括多个薄片的电枢侧的集电器，每个薄片具有铝质区段或锌质区段并在工作面的径向靠外侧具有铜质区段或黄铜质区段。

Description

用于在电机内传输电流的换向机构

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的、用于在电机内传输电流的换向机构。

背景技术

在WO02/16763A1中描述了一种起动电动机，它被用在用于起动内燃机的起动装置中并且以具有永磁体励磁机构的直流电机的形式构成。起动电动机配设有换向机构，用于将电流传输和换向至在起动机内转动地支承的电枢。换向机构包括电枢侧的换向机构转子或者说集电器以及多个抵靠集电器的碳刷，每个碳刷由电刷弹簧径向施力加载到集电器的周面上。

集电器具有在圆周上分布的多个薄片，薄片接触电刷并且将电流继续传输至电枢绕组。薄片一般由铜构成。

发明内容

本发明基于以下目的，在减轻重量的同时以简单的措施、工作可靠地实现一种电机内的换向机构。

根据本发明，该目的将通过权利要求1的特征来实现。从属权利要求给出有利的改进方案。

本发明的换向机构被用于电机内，例如在内燃机的起动装置的起动电机中的电流传输和换向。可考虑不仅用在具有永磁激励机构的直流电机中，而且用在具有电激励机构的直流电机中。具有该换向机构的电机尤其以内转子电动机的形式实现。

该换向机构具有电枢侧的换向机构转子或集电器，其与电机转子轴相连并且通过转子轴电枢内的转子线圈或电枢线圈来通电。在以具有永磁激励机构的直流电机形式构成的电机中，在起动机内壁上设置多个永磁体，其磁场与在电机轴上的电枢内的电线圈的交变电磁场相互作用。

集电器在圆周上具有多个单独薄片，每个薄片与电枢线圈电连接并且受到弹簧力加载的电刷抵靠该薄片。在本发明的换向机构中，集电器的薄片由两种不同的配对材料构成，并且一方面具有铝质区段或锌质区段，而另一方面具有铜质区段或黄铜质区段。铜质区段或黄铜质区段位于该集电器上的工作面的靠外侧并且用于与电刷接触。铝质区段或锌质区段与铜质区段或黄铜质区段电连接并且还与电枢绕组电接触。因此，铝质区段或锌质区段用作铜质区段或黄铜质区段与电枢绕组之间的电导体。

这种实施方式具有以下优点，换向机构薄片在电刷导轨区域内由铜或黄铜构成，从而就此而言得到在电刷和薄片之间的良好的接触。而铝质区段或锌质区段的优点是，它是与铜或黄铜相比特别轻的材料，由此减小了集电器的质量和惯性力矩，随之而来的是离心力减小或加速度增大。

铝质区段或锌质区段可以完全由铝或锌构成，或是具有一定量的铝或锌。按照相应方式，铜质区段或黄铜质区段可以完全由铜或黄铜构成，或是具有一定量的铜或黄铜。各材料，即铝或锌或者铜或黄铜的含量有利地为至少50%。

有利地在薄片的靠外侧实现在电刷和集电器之间的滑动接触；铜质区段或黄铜质区段构成径向靠外的工作面，而铝质区段或锌质区段径向靠内。但还可能的是以轴向换向器的形式构成，其中该铜质区段或黄铜质区段抵靠轴向端侧并且受到电刷加载，而铝质区段或锌质区段与端侧轴向间隔开。

铝质区段或锌质区段是薄片的组成部分并且与集电器固定连接。根据一个有利的实施方式而规定，铝质区段或锌质区段是铜质区段或黄铜质区段的载体，尤其是这样的，铝质区段或锌质区段构成在工作面上径向靠内的铝芯或锌芯，铝芯或锌芯在工作面的径向靠外侧具有铜质区段或黄铜质区段。在此实施方式中，铝芯或锌芯将铜质区段或黄铜质区段与集电器连接。

根据另一个实施方式，铝质区段或锌质区段也可以布置在铜质区段或黄铜质区段的轴向端侧上。在此实施方式中，铜质区段或黄铜质区段有利地直接与集电器相连，铝质区段或锌质区段也与集电器相连。铝质区段或锌质区段例如可以作为径向超出该铜质区段或黄铜质区段在工作面上靠外的周面的区段的形式构成，该区段与电枢绕组的接线片连接。

铝质区段或锌质区段与铜质区段或黄铜质区段之间的连接可以通过不同的方式实现。根据优选实施方式，这些区段形状配合地相互连接和/或材料配合地相互连接。在形状配合连接时，这些区段例如相互填密，在材料配合连接时，这些区段例如可以利用摩擦焊连接。

为了制造薄片，考虑采用不同的做法。例如铜质区段或黄铜质区段在初始状态下呈管状，管的端侧上固定有由铝或锌构成的盘形板，随后为了制造换向机构薄片而实现分离，此时通过径向分隔所述管而产生若干区段。

根据另一个实施方式而规定，由铜或黄铜和铝或锌构成的单独薄板尤其在端侧相互连接。另外，也可以通过滚压包层将铜薄板或黄铜薄板与铝薄板或锌薄板连接在一起。在此情况下，薄板尤其是在径向上相继地彼此连接。最后也考虑分别由铝或锌以及铜或黄铜构成的管状区段相互套合；此时一个铜管或黄铜管套在直径较小的铝管或锌管上并且连接，随后进行分离。该连接例如通过电磁脉冲焊、摩擦焊接或者含扩散的滚压包层来实现。

尤其是在铝质区段或锌质区段构成用于铜质区段或黄铜质区段的承载芯的实施方式中可能有利的是，在端侧区域内径向弯曲该铝芯或锌芯，以获得换向器接线片，经由该换向器接线片实现与电枢绕组的电连接。

还可能有利的是，该铜质区段或黄铜质区段以层的形式实施，其被施加到铝质区段或锌质区段上。与此相应，铜层或黄铜层只具有极小的径向厚度。

根据另一个合适的实施方式，薄片的至少一个区段容纳在该集电器的电绝缘的集电器主体中。集电器主体例如以容纳薄片区段的模压塑料形式构成，其中，在铝质区段或锌质区段与铜质区段或黄铜质区段之间的分隔部位有利地被集电器主体径向搭接。可能有利的是，尤其是与位于铝质区段或锌质区段和铜质区段或黄铜质区段之间的过渡部相邻的薄片的一个或多个侧面配设有表面结构化部，模压塑料可抓持在该表面结构化部中，由此获得与模压塑料更好的附着和连接。另外，表面结构化部是防潮的阻漏结构，由此获得耐蚀保护。也可以在该薄片质区段的侧面中也设置突出的边缘或者槽或凹空部，用于改善与模压塑料的连接并且形成附加的阻漏结构。

该集电器主体径向搭接铝质区段或锌质区段与铜质区段或黄铜质区段之间的分隔部位的径向超出长度有利地等于集电器直径的至少1%。还有利的是，该径向超出长度最多是铜质区段或黄铜质区段的径向厚度的2/3，从而铜质区段或黄铜质区段充分地径向露出以便与电刷表面接触。

附图说明

从其它权利要求、附图说明和附图中得到其它优点以及合适的实施方式。附图中示出：

图1是用于内燃机的起动装置的纵剖视图，

图2是起动装置的起动电机的换向机构的集电器的穿过薄片的纵剖视图，薄片径向靠内地具有铝质区段且径向靠外地具有铜质区段，

图3-5示出了具有靠内的铝质区段和靠外的铜质区段的薄片的不同实施方式变型，

图6是铜管和铝盘的纵剖视图，铝盘在端侧焊接在铜管上，其中该铜管和铝盘随后分离形成薄片，

图7是其薄片根据图6构成的集电器的纵剖视图，

图8是横向于集电器纵轴线的剖视图，集电器薄片的侧壁具有用于改进在集电器的模压塑料内的容纳的槽，

图9以单独的透视图示出了具有用于改善与集电器模压塑料的连接的侧向表面结构化部的薄片，

图10是包括另一个实施例的薄片的集电器的纵向剖视图。

具体实施方式

在这些附图中，相同的零部件带有相同的附图标记。

在图1中示出了用于内燃机的起动装置1，它在具有靠前的轴承端盖3的壳体2中容纳起动电机。起动电机4的电机轴5通过行星齿轮变速机构6驱动主动轴11，在该主动轴上可轴向移动但在转动方向上与主动轴11相关联地安置有自由轮机构7的带动件8。带动件8通过支撑滚子9支撑在与起动小齿轮12一体构成的滚子轴环10上。在轴向进给运动中，起动小齿轮12从回撤的停工位置进入与内燃机齿圈接合的前推的接合位置。

起动小齿轮12的轴向进给运动借助具有轴向可调节的升降衔铁14的电磁起动继电器13来执行，升降衔铁与叉形杆相联接。当升降衔铁14进行轴向调节运动时，使支承在壳体上的叉形杆15摆动，由此，带动件8连同起动小齿轮12在轴向上被调节移动。

起动电机4以内转子电机的形式构成并且具有与电机轴5不可相对转动地连接的电枢16，其包括可电激励的电枢线圈。电枢16内的线圈通过换向机构17来通电。由电枢绕组所产生的电磁场与永磁体18的磁场相互作用，该永磁体安置在包围电枢的定子的内表面上。

换向机构17具有多个弹簧-电刷单元19，其各自在壳体侧包括碳刷20和电刷弹簧21以及电枢侧的集电器22。碳刷20被电刷弹簧21径向施力加载至集电器22的周面。碳刷20和电刷弹簧21有利地容纳在刷握中，刷握与起动电机壳体固定连接。在圆周上均匀分布地设有共六个弹簧-电刷单元19。

在图2中示出了集电器22的纵剖视图。集电器22具有集电器主体23，其由电绝缘的模压塑料构成，在集电器主体中以在圆周上分布的方式安装多个轴向延伸的薄片24，它们与电刷接触。薄片24以连接片形式构成并且具有铝质区段25和铜质区段26。铝质区段25径向靠内并且构薄片的承载芯，它是径向靠外的铜质区段26的载体。另外，铝质区段25和铜质区段26彼此导电相连。而且，铝质区段25与电枢绕组27电连接。因此，电流经电刷流向薄片24的铜质区段26并且继续经铝质区段25流向电枢绕组27。

电枢绕组27的接线片或者说电枢绕组27的端部置放在铝质区段25的周面上，铝质区段的轴向长度被构造成大于铜质区段26。在电枢绕组27和轴向缩短地构成的铜质区段26的端侧之间有分隔环23a，其有利地由集电器主体23的电绝缘材料构成。分隔环23a保证了湿气不会侵入铝质区段25和铜质区段26之间的分隔部位中。

在两个轴向端侧区域内，集电器主体23的模压塑料径向搭接该薄片24。与电枢绕组27相邻地，集电器主体23的模压塑料沿径向一直大约延伸至铝质区段25的外周面。在对置的轴向端侧，集电器主体23径向延伸到超过区段25和26之间的分隔部位，但是与铜质区段26的外周面略微径向间隔开。

集电器主体23径向超出铝质区段25和黄铜质区段26之间的分隔部位的径向超出长度至少为由铜质区段26的外侧确定的集电器外直径的1%。超出分隔部位的径向超出长度有利地最大为铜质区段26的径向厚度的2/3，因此保证了虽然分隔部位被集电器主体搭接，但同时离铜质区段26的外侧足够远。

在根据图3的实施例中，在电枢绕组27的区域内有一个附加接触件25a，其优选由与铝质区段25相同的材料制成并且置放在铝质区段25上。接触件25a在轴向上通过绝缘的分隔环23a与铜质区段26分隔开。起到铝质区段和电枢绕组27之间连接作用的接触件25a容许集电器主体23在此端侧径向超出较远。

在根据图4的实施例中，铝质区段25和铜质区段26都在轴向端侧区域内被径向向外弯曲。铝质区段25在其径向弯曲区域内构成用于接触电枢绕组27的接线片。

在根据图5的实施例中，只有铝质区段25在一个轴向端侧区域内被弯曲并且构成用于连接至电枢绕组27的接线片。而铜质区段26未被弯曲，在铜质区段26的端侧和铝质区段25的径向弯曲部之间有由绝缘材料构成的分隔环23a。

在图6中示出了在薄片24制造时的中间状态。铜质区段26呈管状，盘形的铝质区段25利用摩擦焊在端侧被焊接在铜质区段上。两区段之间的焊缝28必要时能以机械方式被除去。在形成铝质区段25和铜质区段26之间的连接后，通过分离来实现薄片的分开。

图7示出了具有从根据图6的初始状态起制造的薄片24的集电器22。铜质区段26直接贴靠集电器主体23并且在一个轴向端侧区域内被集电器主体径向搭接。铜质区段26的对置轴向端侧被铝质区段25搭接，该铝质区段在径向上比铜质区段26更远地径向向外延伸。铝质区段25的径向内侧也处于与集电器主体23的接触中并且由该集电器主体承载。

在根据图8的实施例中，在铝质区段25的侧面以及铜质区段26的侧面中各自开设轴向延伸的纵槽29，确切说在区段25、26的两个对置侧面上。这些纵槽能够改善与集电器主体23的模压塑料的连接。区段25、26在径向上位于模压塑料23内的深度使得这些区段之间的分隔部位完全被模压塑料罩搭接。

在根据图9的实施例中，在该侧面上至少在铝质区段25和铜质区段26之间分隔部位的区域内有开设在该侧面中的表面结构化部30，其也能改善与集电器主体的模压塑料23的附着。

在根据图10的实施例中，薄片24与在图5中相似地构成。但集电器主体23的模压塑料在铝质区段25的径向弯曲部分的区域内进一步径向向外延伸，从而该铝质区段的弯曲部分除了径向靠外的端侧外完全容纳在模压塑料内。

Claims (14)

1.一种用于将电流传输至电机、尤其是内燃机的起动电机(4)的电枢(16)的换向机构，所述换向机构包括在周向上具有多个薄片(24)的电枢侧的集电器(22)，其特征是，所述集电器(22)的薄片(24)分别具有铝质区段或锌质区段(25)并且在工作面的靠外侧具有与换向机构(17)的电刷接触的铜质区段或黄铜质区段(26)，并且该铝质区段或锌质区段(25)与铜质区段或黄铜质区段(26)相连，其中该铝质区段或锌质区段(25)与电枢绕组(27)电接触。

2.根据权利要求1所述的换向机构，其特征是，铝质区段或锌质区段(25)构成在工作面上径向靠内的铝芯或锌芯，该铝芯或锌芯在径向靠外侧是铜质区段或黄铜质区段(26)的载体。

3.根据权利要求1或2所述的换向机构，其特征是，铝质区段或锌质区段(25)安置在铜质区段或黄铜质区段(26)的轴向端侧上。

4.根据权利要求1至3之一所述的换向机构，其特征是，铝质区段或锌质区段(25)和铜质区段或黄铜质区段(26)形状配合地相互连接，例如通过填密。

5.根据权利要求1至4之一所述的换向机构，其特征是，铝质区段或锌质区段(25)和铜质区段或黄铜质区段(26)材料配合地相互连接，例如通过摩擦焊接或含扩散的滚压包层。

6.根据权利要求1至5之一所述的换向机构，其特征是，铜质区段或黄铜质区段(26)为铜层或黄铜层，该铜层或黄铜层被施加到铝质区段或锌质区段(25)上。

7.根据权利要求1至6之一所述的换向机构，其特征是，该薄片(24)的至少一个区段容纳在集电器(22)的电绝缘的集电器主体(23)中。

8.根据权利要求7所述的换向机构，其特征是，该集电器主体(23)径向搭接位于铝质区段或锌质区段(25)与铜质区段或黄铜质区段(26)之间的分隔部位。

9.根据权利要求8所述的换向机构，其特征是，径向超出长度等于集电器直径(dK)的至少1%。

10.根据权利要求8或9所述的换向机构，其特征是，径向超出长度最大等于铜质区段或黄铜质区段(26)的径向厚度的2/3。

11.根据权利要求7至10之一所述的换向机构，其特征是，集电器主体(23)是模压塑料。

12.根据权利要求1至11之一所述的换向机构，其特征是，至少一个薄片(24)的至少一个侧面具有结构化的或非均匀面的表面。

13.一种电机，尤其是用于内燃机起动机的起动电机(4)，具有根据权利要求1至12之一所述的换向机构(17)。

14.一种用于内燃机的起动机，具有根据权利要求13所述的起动电机(4)。

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