CN104135117B - 用于制造换向装置的集电器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造换向装置的集电器的方法,其中,使一个接触区段与一个连接区段通过搅拌摩擦焊接彼此连接在一起。

Description

用于制造换向装置的集电器的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造换向装置的集电器的方法,所述换向装置用于向电机的电枢传输电流。
背景技术
已知在起动装置中用于起动内燃机的电起动马达。起动马达例如设计为具有永久激励的直流电机并且具有换向装置用于向在起动马达中转动地支承的电枢传输电流或使电流换向。换向装置具有电枢侧的换向器转子或集电器和多个贴靠在集电器上的电刷,所述电刷分别通过电刷弹簧径向地向集电器的外表面加载。集电器具有多个分布在圆周上的薄片,电刷贴靠在所述薄片上以将电流传输给电枢绕组。
在DE 10 2007 058 911 A1所描述的起动马达中集电器具有铜制的薄片,铝制的电枢绕组与所述薄片电连接。为了避免铝导体的端部受到腐蚀,铝导体的端部具有铜制的接触衬套形式的导体段,所述接触衬套与薄片相连接。
发明内容
本发明的目的是,在减轻重量的同时以简单的措施制造用于换向装置的集电器。
所述目的按照本发明通过权利要求1的特征实现。从属权利要求给出有利的改进方案。
按照本发明的方法制造的集电器或换向器转子是用于向电机的电枢传输电流的换向装置的一部分。电机例如是起动装置的起动马达,内燃机可以通过所述起动装置被起动。电机可以例如被设计为具有永久激励或电激励的直流电机。优选电机形成为内转子-电动机。
集电器与电机的转子轴相连接。通过集电器给电枢内的转子线圈或电枢线圈通电。集电器在圆周上具有多个单个的薄片,所述薄片分别与电枢线圈电连接并且弹力加载的电刷贴靠在所述薄片上。集电器由两种不同的配对材料构成并且具有与电刷接触的接触区段和与电枢绕组连接的连接区段,其中接触区段和连接区段由不同的材料形成。每个薄片具有一个接触区段和一个连接区段。通过接触区段和连接区段由不同的材料形成,可以适应不同的要求。接触区段可以通过电刷与滑动触点相匹配。对于形成与电枢绕组的电接触的连接区段可以选择一种较轻的材料,由此集电器的重量能够总体上得以降低。
按照一个优选的实施方式,接触区段的材料具有与连接区段的材料一样大或更高的电导率。补充地或替代地,接触区段的材料可以具有比连接区段的材料更大的密度。此外,接触区段的材料可以具有比连接区段的材料更大的硬度。
按照一个优选的实施方式,接触区段含铜或黄铜而连接区段含铝或锌。铜区段或黄铜区段由此位于集电器上的工作面的外侧上并且用于与导电的电刷接触。铝区段或锌区段与铜区段或黄铜区段电连接并且此外与电枢绕组电接触。铝区段或锌区段由此充当铜区段或黄铜区段与电枢绕组之间的电导体。
由不同材料制成的区段被分成单个的分别具有接触区段和连接区段的换向器薄片,所述换向器薄片分别沿轴向伸展,其中多个这种薄片被布置在集电器的圆周上。薄片各自与电枢线圈电连接。在电刷的工作轨迹的区域中换向器薄片可以由铜或黄铜制造,因此在电刷与薄片之间得到可靠的接触。铝区段或锌区段则相对地具有的优势在于,在这里涉及的是一种特殊的比铜或黄铜轻的材料,集电器的质量和惯性矩由此减少,这导致离心力的减弱或加速度的提高。
铝区段或锌区段可以完全地由铝或锌制成,或具有铝或锌的部分。以相应的方式,铜区段或黄铜区段可以完全地由铜或黄铜,或具有铜或黄铜的份额。各种材料,一方面是铝或锌、另一方面是铜或黄铜的份额优选占至少50%。
在用于制造集电器的方法中,接触区段和连接区段利用搅拌摩擦工具通过搅拌摩擦焊接被彼此连接在一起。所述两个区段被设置在彼此并排相邻的位置,其中彼此相邻的区域形成连接区域,在所述连接区域内摩擦副通过搅拌摩擦焊接被连接在一起。
搅拌摩擦焊接是摩擦焊接的一个变型,在所述变型中涉及的是在低于接合对象的熔点的情况下在多种固体材料之间的焊接连接。在搅拌摩擦焊接过程中焊接所需要的热量借助搅拌摩擦工具生成,所述搅拌摩擦工具在连接区域内与接合对象接触并执行转动运动。通过在转动的搅拌摩擦工具与接合对象之间的摩擦,材料在接合区域或连接区域被加热,充分揉搓并且相互连接。例如热量输入是通过这种方式生成:接合对象的材料仅被塑化,但并非熔化。但是所述连接具有焊接连接的品质。
有利的是,在搅拌摩擦工具在进给运动中被引导经过连接区域并且通过搅拌摩擦工具的转动以及与连接区域的接触产生摩擦焊接所需要的热量期间,接合对象、即接触区段和连接区段彼此接触。既可以考虑搅拌摩擦工具固定在其位置中而接合对象通过转动的搅拌摩擦工具而运动的这种实施方式,也可以考虑搅接合对象固定在其位置中而搅拌摩擦工具沿着连接区域运动的这种实施方式。此外混合形式也是可行的,在所述混合形式中无论是搅拌摩擦工具还是接合对象在搅拌摩擦焊接过程期间都执行进给运动。除了自转运动之外,搅拌摩擦工具沿着连接区域运动。搅拌摩擦工具的转动轴线与连接区域的表面垂直或可以调节到一个角度。
有利的是,搅拌摩擦工具在连接区域内与两个接合对象摩擦接触。但是搅拌摩擦工具只贴靠一个接合对象的接触面并生成热量以形成焊接连接的搅拌摩擦焊接过程也是可行的。第一接合对象在搅拌摩擦焊接过程开始时已经与第二接合对象接触或是在热量输入之后与第二接合对象接触。
按照一个有利的实施方式,无论是接触区段还是连接区段都各自旋转对称地构造。沿着接合对象之间的圆形连接区域实现连接。按照一个优选的实施方式,接合对象在端侧彼此贴靠并由此具有一个共同的端侧,所述端侧形成连接区域。搅拌摩擦工具在其自转期间在周向上被引导经过圆形的连接区域,或两个接合对象围绕其共同的纵轴线转动,以便在搅拌摩擦工具与接合对象之间产生相对运动。在搅拌摩擦焊接过程期间,接合对象优选轴向地彼此挤压。
原则上,圆形的连接区域也可以处在接合对象的其它位置。因此,例如一个接合对象,例如连接区段可以实施成套筒形状并且具有在端侧径向扩宽的凸缘,其中将同样被实施成套筒形状的接触区段套装在铝制部分或锌制部分的套筒段上并且将铜制部分或黄铜制部分的端侧与铝制部分或锌制部分的凸缘摩擦焊接。
按照另一个变型实施方案,无论是接触区段还是连接区段都分别平面地构造并且沿着彼此相邻的形成连接区域的边棱在搅拌摩擦焊接过程中被彼此连接在一起。彼此相邻的边棱优选实施为直线型,其中原则上也可以考虑是弯曲的边棱。在平面的接合对象的情况下也是沿着连接区域对搅拌摩擦工具进行导引或沿着连接区域在搅拌摩擦工具与接合对象之间产生相对运动。通过搅拌摩擦工具的自转和与接合对象的接触产生搅拌摩擦焊接过程所需的热量。
集电器薄片优选在将接触区段与连接区段连接之后通过轴向拆分生成。在这里涉及一种分离过程,在所述分离过程中生成薄片复合结构,但是薄片通过一个共同的区段连在一起,或是通过拆分形成不再连在一起的单个的薄片,所述单个的薄片然后例如在支撑件上组装成集电器。
如果接合对象被实施为旋转对称,有利地在搅拌摩擦焊接过程之后直接执行集电器薄片的分离。在刚才所述的接合对象中,同样在搅拌摩擦焊接过程之后直接执行薄片的拆分,或是按照一个可替代的实施方式在变型成弯曲的部件之后进行拆分,所述部件例如作为扇形区段(Segment)在部分圆周上伸展,其中多个所述部件被组装成环绕的集电器。
附图说明
从其它的权利要求、附图说明和附图可得到其它的优点和有利的实施方式。附图中:
图1示出了用于内燃机的起动装置的纵向剖视图,其包括配置有换向装置的电起动马达,
图2示出了在用于换向装置的集电器的铝制套筒和黄铜套筒之间的搅拌摩擦焊接的示意性视图,
图3示出了将平面的铜制部分与平面的铝制部分相连接的搅拌摩擦焊接过程的视图,
图4示出了在图3中所示的具有铜制部分与黄铜制部分的部件,其具有集电器薄片,但是所述集电器薄片在铜制部分的区域彼此连接,
图5示出了集电器的剖视图,所述集电器通过图4中所示的部件的变形而形成,
图6示出了与图4类似的视图,但是具有贯通地构造的单个薄片,
图7示出了纵向穿过图6中所示的具有单个薄片的集电器的剖视图。
具体实施方式
在附图中相同的部件具有相同的附图标记。
图1示出了用于内燃机的起动装置1,其在具有位于前部的轴承端盖3的壳体2内容纳有电起动马达。起动马达4的马达轴5通过行星齿轮传动机构6驱动主动轴11,自由轮装置7的带动件8可轴向移动地、但是在转动方向与主动轴11联接地布置在所述主动轴11上。带动件8通过支撑滚子9支撑在滚动轴环10上,所述滚动轴环与起动小齿轮12单件式地构造。在轴向进给运动中起动小齿轮12从回撤的非运行位置进入前移的与内燃机的齿环啮合的位置。
起动小齿轮12的轴向进给运动借助电磁起动继电器13来执行,所述电磁起动继电器具有可轴向调节的提升衔铁14,所述提升衔铁与叉形杆联接。在提升衔铁14进行轴向调节运动时,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。
电起动马达4构造为内转子电机并且具有与马达轴5不可相对转动地连接的电枢16,所述电枢包括可电激励的电枢线圈。电枢16内的线圈通过换向装置17通电。由电枢线圈产生的电磁场与布置在将电枢包围的定子的内侧上的永久磁铁18的磁场相互作用。
换向装置17具有多个弹簧-电刷单元19,所述弹簧-电刷单元在壳体侧分别具有一个碳刷20和一个电刷弹簧21,以及一个电枢侧的集电器22。碳刷20由电刷弹簧21径向地将力加载到集电器22的表面上。碳刷20和电刷弹簧21有利地容纳在电刷夹持装置内,所述电刷夹持装置与起动马达的壳体固定地连接。在圆周上均匀分布地设有总共6个的弹簧-电刷单元19.
在图2中示出了在制造工序期间的集电器22,在所述集电器中套筒形式的铜区段23在端侧与套筒形式的铝区段24连接。两个套筒形式的区段23和24具有相同的内直径和相同的外直径并且在端侧相互贴靠。铝区段24在其背向铜区段23的端侧具有径向扩宽的凸缘,通过所述凸缘实现与马达的电枢绕组的连接。铜区段23的外表面形成工作面,电刷贴靠所述工作面以向触点传输电流。通过铜区段23与铝区段24之间的端侧接触继续向电枢绕组传输电流。
在搅拌摩擦焊接过程中实现在彼此相邻的端侧的区域中的连接。为此使用搅拌摩擦工具25,所述搅拌摩擦工具径向地位于铜区段23与铝区段24之间的连接区域27的外侧上;连接区域27由接合对象23、24之间的相互贴靠的端侧形成并因此具有圆形形状。
搅拌摩擦工具25可以围绕其纵轴线26转动。搅拌摩擦工具25的端侧在连接区域27的高度贴靠接合对象23、24的外侧面。通过围绕纵轴线26的转动产生热量,该热量导致在连接区域27内的塑化,由此形成焊接。
在搅拌摩擦工具25围绕其纵轴线26转动的同时可以使铜区段23与铝区段24围绕它们的共同的纵轴线28转动;在此期间搅拌摩擦工具25在围绕其纵轴线26转动的同时仍保持在固定的位置。由此,通过接合对象23、24围绕共同的纵轴线28转动实现沿着连接区域27环绕的焊接。
在搅拌摩擦焊接过程期间接合对象23、24被轴向地相对挤压,如箭头29所示。
在搅拌摩擦焊接过程之后可以在接合的部件23、24中形成薄片。这是通过在圆周上以均匀间距轴向拆分而成。在轴向上,接合的部件23、24在铜区段23的整个轴向长度上并且在直到径向扩宽凸缘的铝区段24的区域内拆分。
图3所示为另一个实施例,在其中铜区段23与铝区段24分别是被设计成平面地实施的半成品并且是相互边棱靠边棱。边棱直线型延伸并且形成连接区域27,在搅拌摩擦焊接过程中沿着所述连接区域进行连接。搅拌摩擦工具25围绕其纵轴线26转动并且沿着连接区域27与所述连接区域接触地在接合对象23、24上移动。替代地也可行的是,搅拌摩擦工具25在围绕其纵轴线26转动的同时被保持固定,而接合对象23、24在搅拌摩擦工具25下面沿着移动。铜区段23与铝区段24按照箭头29被相互挤压。
图4所示为在图3中示出的被设计成平面部件的铜区段23与铝区段24,但是处于已经焊接的状态。在两个区段23、24中薄片30是通过沿轴向的拆分形成,其中拆分横向于直线型的连接区域27进行。铝区段24被完全分开,铜区段23只是部分地被分开,由此形成单个薄片30的连在一起的复合结构,所述薄片通过铜区段23的连接区域连在一起。在拆分并形成薄片30之后使由铜区段23和铝区段24构成的复合结构变形并形成环形的或部分环形的集电器22(图5)。
图6和图7基本上对应于图4和图5,但区别在于,薄片30将由铜区段23和铝区段24构成的复合结构完全分开,由此形成不再连在一起的单个薄片。为了制造按照图7的集电器22,薄片30被放置在支撑部件上。

Claims (16)

1.用于制造换向装置(17)的集电器(22)的方法,所述换向装置用于向电机的电枢(16)传输电流,在所述方法中,所述集电器(22)的接触区段(23)与集电器(22)的与电枢绕组相连接的连接区段(24)在所述接触区段(23)与连接区段(24)之间的连接区域(27)内利用搅拌摩擦工具(25)通过搅拌摩擦焊接而彼此连接,所述接触区段(23)和所述连接区段(24)在所述集电器的轴向上的端侧彼此贴靠并且所述端侧形成连接区域(27),其中所述接触区段(23)和连接区段(24)由不同的材料制成。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述接触区段(23)的材料具有与所述连接区段(24)的材料一样大或更高的电导率。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述接触区段(23)的材料具有比所述连接区段(24)的材料更大的密度。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述接触区段(23)的材料具有比所述连接区段(24)的材料更大的硬度。
5.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述接触区段(23)含铜而所述连接区段(24)含铝或锌。
6.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述接触区段(23)含黄铜而所述连接区段(24)含铝或锌。
7.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述接触区段(23)和所述连接区段(24)分别旋转对称地构造并且沿着圆形的连接区域(27)彼此连接。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述接触区段(23)和所述连接区段(24)分别平面地构造并且沿着彼此相邻的边棱彼此连接。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,在将所述接触区段(23)和所述连接区段(24)连接之后通过轴向拆分形成集电器薄片(30)。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,形成具有多个集电器薄片(30)的复合结构。
11.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,通过轴向拆分形成单个的集电器薄片(30)。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的方法,其特征在于,在搅拌摩擦焊接过程之后由平面的区段形成集电器(22)的外表面。
13.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述电机是用于内燃机的起动马达(4)。
14.电机,包括具有根据权利要求1-13中任一项所述的方法制造的集电器(22)的换向装置(17)。
15.根据权利要求14所述的电机,其特征在于,所述电机是用于内燃机的起动马达(4)。
16.用于内燃机的起动机,具有根据权利要求14或15所述的起动马达(4)。
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