CN1037558C - 集流环及其加强环 - Google Patents

Abstract

具有层片的内叉件的电动机集流环，内叉件用作锚接向内突出、在主要平行于集流环轴方向伸展的个别的薄片并具有凹形表面为加强环在其后方将它们抱紧，加强环是支承环强制地被装入金属紧固环内并与紧固环一起形成的双重体，支承环由耐压和在高运行温度下有绝缘性的材料构成。加强环由两个单独的环形成一整体，耐高温，抗机械应力并给予集电器在负载下的很高稳定性和耐疲劳性。

Description

集流环及其加强环

本发明涉及一种在权利要求1中所介绍的集流环，以及在权利要求2中所介绍的这类集流环的加强环。

对简单应用和小负载的集流环可单由多个薄片和合成树脂模压料构成，各薄片在圆周上保持间距并由模压料固定，模压料亦构成一个内环基结构并一般由热固材料构成，该材料可由玻璃纤维增强。然而，在高电、热和机械负载下，已证实加强环是可取的或是必要的。这种加强环在内叉件的凹口处环抱薄片的内侧。因为薄片，由于它们的功能要求，必须相互间绝缘，故加强环不应与内叉件有导电接触

为此，金属加强环，特别是钢制加强环，从绝缘材料在其内侧作为背衬以获得高的强度而且有良好的绝缘，已存在了很长时间，然而，这种昂贵的工序不适用于现代化的大规模的制造。

此外，已有的加强环，在将薄片与合成树脂模压料压入集电器的过程中必须小心地保持它与薄片的内叉件间的距离，因此在金属加强环与薄片间要有间隙，使合成树脂模压料可充填入内。然而，以这种方法制造的薄片的加固与绝缘是不令人满意的，并与无加强环的集流环相比只有很少的改进，因为合成树脂模压料不能保持绝缘距离和在加强环与薄片内叉件之间在热的和机械的负荷下的压力传递，而这些负载对合成树脂模压料而言是危险的。

后者的方法用于金属加强环，特别是对钢制加强环也是确实的，这些加强环的合成树脂绝缘层是以涂刷，浸泡或烧结的工艺提供的，当合成树脂软化时，绝缘层受到威协以致破坏。

常规复合材料，诸如玻璃纤维增强塑料，制成的加强环已被证实是不令人满意的。玻璃纤维在高温和在高机械负荷下的伸长导致“软化”效应，在该状态下，集结在合成树脂模压料中的薄片开始松动。这就依次导致了集电器内的摩擦热，由于集电器的非圆周运动和集电刷跳动的结果，导致了具有严重的集电环打火和高的机械应力的集流环的轴承表面的尺寸的不精确。

本发明的目的是提供一种集流环和加强环，它们允许高的机械和热负载容量，多少象所获得和使用的金属加强环，特别是钢制环的负载量，而其特点是可避免已有的金属加强环及其绝缘的弱点。

本发明的目的由下述特征来实现的。一种具有翼状铜薄片的电动机的集流环，铜薄片沿周分布并与内叉件锚接，内叉件在合成树脂模压料的绝缘的支座中有凹口，一种加强环，它至少包含一个封装在支座内的金属紧固环，所述的加强环在伸出物处的凹口区内环抱着内叉件，并且至少在它的面向伸出物的内侧有一绝缘的中间层，其特征是中间层由一支承环构成，该支承环被强制地装入紧固环中，并由耐压的和即使在高的运行温度下也有绝缘性的材料制成。

可以看到，以往加强环的弱点是它们的绝缘。以往公认的是，以加衬垫或外壳的常规方法来形成这种绝缘，而且，特别是用便于操作的合成树脂来实现。然而，所用热塑或热固塑料处于软化或分解温度下，这些绝缘会导致集流环的损坏。另一方面，插入一个支承环对决定性地扩大这类集流环的承载能力和工作范围是适宜的，该支承环强制地装配入加强环内，并由在高的工作温度下有耐压性的材料构成的。

“支承”环的概念反映了这样的认识，即它是一个解决支承功能，亦即解决在金属紧固环和薄片伸出物间由离心力引起的压力的传递功能的元件。不需要支承环去吸收张力，张力可加载于紧固环上，在这方面，值得注意的是，这种支承环形成一个可装配入紧固环内的元件。这就保证了在制造时良好的可抓握性和形状的正确性，和保证了在集流环制作过程中紧固环和支承环的组合，还特别是在用机械工具时所要求的。这还包括了紧固环和支承环强制地相互装配，最好是用压入装配，以致这些不仅在搬运时它们可用作好象是一组合的中间环，而且还保证了在使用中的受高应力的集流环有一个具备自紧固环至支承环和从支承环至薄片的良好的压力传递的坚实的整体。

在最简单的场合，支承环可由玻璃或一种不同的陶瓷材料构成，以保证耐高温和高压。在已制成的，以模压料模压而成的集电器中，这种环的装配和承载是几乎单单是受压的，而这种材料可获得在负载下的极高的稳定性。玻璃—陶瓷和其它的陶瓷材料可用现代化的加工方法精密地制造。

用诸如玻璃纤维增强塑料的纤维复合物制造支承环是一种常见的技术。在这方面，材料应是高度充填的材料是十分重要的。例如，可制成绕线管的，在其中热塑塑料或热固合成树脂基体部分要尽量地少而且仅充满在纤维间不可避免的空隙；要不然，纤维大多是一根挨一根地直接放置在一起。这种复合体可由现代的做绕线鼓的技术制成筒状，纤维以高张力敷设，粘结基体材料挤压在其外部，在那里可以剥离或硬固后在车床上将其截断。

已证实用纤维增强的合成树脂的高度充填对这类支承环在负载下的稳定性是至关重要的。其原理是，相互挨在一起并一根根绕成束的玻璃纤维，即便当基体材料不再在强度方面作有益的贡献时，是能够抵抗在集流环内的紧固环和特殊加载的薄片内叉件间的高的局部压力。由于它们充填密度，环的纤维是这样缠绕的保持着它们的紧密的交叉重叠，而且还由于它们很长且在圆周方向固定，它们的位置即使在边界部位也能长时间的不会变动。有了上述的做法，玻璃纤维的绝缘，即便在加强环中的合成树脂成份软化时，也能保持。

模压成形的支承环可以由类似的工艺生成，只要在挤压压力下将纤维压入环，管，板的模子内，在某种程度上，这些形状使纤维自身成为一种支承复合体。即使在基体材料处于软化温度下，这些(纤维)还能在紧固环和内叉件之间形成紧密的，耐压的中间层。在这方面，当然要考虑合成树脂模压料的层状体包围并形成了紧固环的内边界，故即使纤维未能充分地粘结在一起，也不能拉动或移位。

在上述体例中，主要考虑了玻璃纤维用作纤维材料，虽然不言而喻也可考虑其它耐高温和高压的合适的纤维，特别是矿石纤维和陶瓷纤维。

决定其耐压强度的支承环的充填材料不需以纤维形式出现。一种合适的材料的颗粒状，片状或带状结构，如果尽量少使用合成树脂的话，原则上亦是适宜的，可用它来制造能精确加工、保持形状并耐高温和高压的支承环。

支承环最好至少在其一端有一超过紧固环的轴向伸出物，故可以首先从此端将它推入内叉件的凹口内，而且还可防止紧固环与内叉件间的直接接触。

在另一方面，紧固环可有一弯曲的断面，以产生一个在横向的将它与支承环强制的卡紧，和在装配时，特别是当将加强环装入集电器内时和当压入时，要获得高度可靠性，即当发生快速温度变化时，紧固环和支承环不致相互脱开或产生相互间的位移。

可较容易地制造有弯曲断面的金属紧固环，因为现代冲压加工技术使从一块单一的金属板着手的冲压加工成为可能。为实现这种意图，初始的圆形平面部分深冲成盆形。然后由榫接自深冲区的侧面冲压出环。所获得的盆或帽形取决于所选凸榫的直径，是在无特别予防措施下成形的。

总之，与现有技术相比，本发明的具有若干薄片内叉件的电动机的集流环的加强环的优点是，它很结实，并具有很好的可靠的绝缘，这不是用额外的绝缘材料来达到的。这导致本发明的集流环具有的优点是，即使在高温下也很可靠结实，并且因加强环的简单装卸，成本低。

本发明的六个主体例示于图中并在下文作详细地描述。图中，

图1至6示出根据置入位置区分的分配给一薄片群的不同形式的紧固环。

在图1中，两只加强环1与集电器中心轴2同轴。它们由支承环3和紧固环4组成。加强环在集电器薄片后面将它夹紧，图中，作为示例，只画出一个薄片5，处于已制成的集电器予定的位置上。该薄片延伸出一个面向集电器中心轴2的内叉件6。该内叉件6有两个凹口7和8，在内叉件上留下两块伸出物9和10。这些伸出物9和10由加强环1围住，使薄片不致离心地改变层列，特别是从集电器的中心轴2向外移。在已完工的集电器中，以点划线11，12和13所表示的横断面区域充满了合成树脂模压料(未示)，故形成了圆柱状的环面。

在已知这类集电器的基本构思，即具有紧固环在凹口9、10处包围薄片的内叉件6的情况下，所示出的本发明的紧固环有独物特的构造。支承环由玻璃纤维/合成树脂复合物构成，该复合物由玻璃纤维紧密充填且形成基体的合成树脂的组分甚小，故可使玻璃纤维材料一条条地延展成束。支承环呈平矩形断面的单纯的环状，它紧紧地、完全地围抱伸出物9和10。

与之相关的紧固环4是一个钢环，它由支承环3将它与内叉件6的薄片和实际的薄片体隔开。与密封环一起，形成了一个可一起装卸的加强环。为可靠装卸起见，更为在两环部分间(紧固环/支承环)压力传递的联接起见，规定用压入配合。于是，紧固环和支承环形成一个坚实的整体，称为加强环。同样，支承环可用注模法注入紧固环内。

支承环3的轴向长度几乎与凹口7和8的轴向长度相一致，这样，在轴向上盖住了凹口，而紧固环4在轴向不重合地层叠于其上。这就形成了一个轴向间隙14，作为紧固环与铜薄片之间的绝缘间距。在另一侧，紧固环形成了一径向的向里的台肩15，在支承环3的后面紧抱着它，有了该台肩，紧固环在轴向耸出在支承环上。该台肩15，一方面形成良好的固有的稳定性以防止紧固环的椭圆性变形，另一方面，还提供了用机械装御加强环1的可能性，即安全地抓住该环1并将它毫无危险地压入一组待装配的薄片内。

这样形成的布局可紧接着充填合成树脂模压料以形成一完整的集电器。紧固环4然后由合成树脂模压料定位并由在其外周边处和间隙14中的合成树脂模压料使它与铜薄片绝缘。

在图2中，示出两个相同的与薄片5相关的加强环16，薄片5只局部示出。加强环16，每个包含一内支承环3和一紧固环4，它与图1中的支承环3和紧固环4相一致的。一个附加的外支承环17以压入装配法环抱紧固环4，于是形成了加强环16的装配件。该支承环17还保证对薄片5抵抗向内压力的支撑，故薄片不致由于特殊的外部负载而向内方向移出，而且有了它，薄片也不致在集电器内产生椭圆变形，也不会产生某种意义上由于向外移动引起的在薄片邻近处的附加负载。

在图3中，再一次示出前面所考虑的薄片的型式。这些薄片，象集流环的所有的其余的薄片一样装配在环内，它们是由加强环19集聚在一起，加强环由支承环3(与图1和图2中的相应的号码的支承环是一样的)和紧固环20组成，而紧固环与前两者的紧固环是不同的，不同之处的根本点是它有一伸出很长的肘状物断面21，自薄片的凹口处的外部径向向内明显地伸出。该肘状断面给予抗椭圆变形和弹性的自然振动的高度的稳定性。

在图4中示出两个加强环22，它们包括一角形断面的紧固环23(在一定程度上与图3中的紧固环相类似)。提供了具有相对小的断面的支撑环24，它被压入紧固环的环形槽25内，并在另一侧迂到在薄片5的内叉件6上的一个装配凹槽26。用这些手段，紧固环23，支承环24和薄片5在轴向强制地装配在一起。

在图5中，示出了一种特殊的组合加强环27，它置于薄片内叉件6的每个轴向端，薄片内叉件的构造与前述的体侧相同。该加强环27有承受高负载的能力，其断面上有一U形的紧固环28，它在径向内，外侧包围着薄片5的相应的伸出物9和10。在每一侧，由具有平矩形断面的支承环29或30建立起抗压的接合面，故使伸出物9或10被夹紧，好象被夹在平行的夹紧钳之间，并且在承载时不会弯曲，因而不致或多或少地自紧固环28的夹架中“滑出”。紧固环28在U形腿形成的表面上有孔31，它可使合成树脂模压料在压合过程中很容易地从中通过。

与上述加强环27的实施例相比，图6中的加强环32有更简单的形式，对它来说，去掉了第二个支承环29，于是其夹紧功能也因之而省略了。在只有一个支承环30的情况下，于是只有一个径向的抓握功能，因而也只有一个作用在离心方向上的抗载功能。然而，相应的紧固环28的U形断面提供了高的负载吸收能力和固有的韧性。同时，它所处的位置好比是一个环，该环增强了这类集流环的内镗孔在将它压到轴上时抵抗超载的能力。

在所有的所描述的体例中，支承环是一个元件，它主要承受的是压力，故可用陶瓷材料预制。特别是，在制造过程中，它与紧固环一开始就是分别制造的，就会产生简单而有优越性的制造的可能性。最后，将紧固环和支承环压合在一起，符合快速，节省空间的现代化生产的要求，并且在予张力下可将支承环卡住，而预张力对它的任务是有好处的。

Claims (16)

1.一种具有翼状铜薄片的电动机的集流环，铜薄片沿周分布并与内叉件(6)锚接，内叉件在合成树脂模压料的绝缘的支座中有凹口，一种加强环，它至少包含一个封装在支座内的金属紧固环，所述的加强环在伸出物处的凹口区内环抱着内叉件，并且至少在它的面向伸出物的内侧有一绝缘的中间层，其特征是中间层由一支承环(3，17，24，29，30)构成，该支承环被强制地装入紧固环(4，20，23，28)中，并由耐压的和即使在高的运行温度下也有绝缘性的材料制成。

2.一种具有若干薄片内叉件的电动机的集流环的加强环，用于锚接单个的薄片的内叉件向内突出，大体上在平行于集流环轴的方向上伸展，并具有带凹口的表面，这些凹面被加强环在其后方将它们抱住，加强环至少包含一个金属紧固环，并在其面向凹面的内表面上至少有一个绝缘的中间层，其特征是中间层由耐压并即使在高的运行温度下也有绝缘性的材料制成的支承环(3，17，24，29，30)构成，并强制装配入紧固环(4，20，23，28)内。

3.如权利要求2所述的加强环，其特征是，支承环(3，17，24，29，30)由耐压并温度200℃以上仍有绝缘性的材料构成。

4.如权利要求3所述的加强环，其特征是，支承环(3，17，24，29，30)由耐压和温度在250℃以上仍有绝缘性的材料构成。

5.如权利要求2至4之一所述的加强环，其特征是，支承环(3，17，24，29，30)由玻璃构成。

6.如权利要求2至4之一所述的加强环，其特征是，支承环(3，17，24，29，30)由陶瓷材料构成。

7.如权利要求2至4之一所述的加强环，其特征是，支承环(3，17，24，29，30)由密实充填的耐压，耐温的绝缘材料组成的复合材料构成。

8.如权利要求7所述的加强环，其特征是，支承环(3，17，24，29，30)由密实充填的纤维增强材料构成，在该材料中纤维一根根地连续地伸展。

9.如权利要求8所述的加强环，其特征是，纤维增强材料由以高张力缠绕的鼓轮组成。

10.如权利要求8所述的加强环，其特征是，纤维增强材料具有由压力压实的高组分的纤维。

11.如权利要求8至10之一所述的加强环，其特征是，纤维至少大部分为玻璃纤维。

12.如权利要求2至4，8-10之一所述的加强环，其特征是，支承环(3，17，24，29，30)至少在一端有一轴向的伸出部位盖过紧固环(4，20，23，28)。

13.如权利要求12所述的加强环，其特征是，紧固环(4)在其另一端具有一轴向的伸出物伸过支承环(3)上并在轴向对着支承环有一台肩(15)。

14.如权利要求13所述的加强环，其特征是，紧固环(4，20，23，28)具有角形断面。

15.如权利要求14所述的加强环，其特征是，紧固环(28)具有U形断面。

16.如权利要求2-4，8-10之一所述的加强环，其特征是，紧固环(4，28)在几侧为至少一个支承环(3，17，29，30)所覆盖

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