CN104135119A - 用于制造用于换向装置的集电器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造用于向电机的电枢传递电流的换向装置的集电器的方法，其中直径不同的接触区段与的连接区段相互嵌套。随后一个区段沿径向朝向另一区段的方向变形。

Description

用于制造用于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用于将电流传递到电机的电枢上的换向装置的集电器的方法。

背景技术

在用于起动内燃机的起动装置中的电动起动马达是已知的。起动马达例如实施为具有永磁激励的直流电机并且具有用于将电流传递并转向到可旋转地支承在起动马达中的电枢上的换向装置。换向装置包括电枢侧的换向器转子和集电器以及多个贴靠在集电器上的碳刷，所述碳刷分别由刷弹簧径向地加载到集电器的外周面上。集电器以在圆周上分布的方式具有多个薄片，电刷贴靠在所述薄片上以将电流传递到电枢绕组上。

在DE102007058911A1所描述的起动马达中，集电器具有铜制的薄片，电枢绕组与所述薄片电连接，该电枢绕组由铝构成。铝导体的端部具有接触套筒形式的铜制的传导区段，其与薄片连接，以避免在铝导体的端部上的腐蚀。

发明内容

本发明的目的在于，在减轻重量的情况下以简单的方式制造一种用于换向装置的集电器。

根据本发明，此目的通过权利要求1的特征实现。从属权利要求给出有利的改进方案。

按照根据本发明的方法制造的集电器或换向器是用于将电流传递到电机的电枢上的换向装置的一部分。电机例如为用于起动装置的起动马达，通过该起动装置可以起动内燃机。电机可以例如实施为具有永磁激励或具有电激励的直流电机。电机优选构造为内转子式电动机。

集电器与电机的转子轴连接。通过集电器向电枢中的转子线圈或电枢线圈中通电。集电器在圆周上具有多个单独的薄片，所述薄片分别与电枢线圈电连接并且受弹簧力作用的电刷贴靠在所述薄片上。集电器由两个不同的材料副构成，并且具有与电刷处于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构成。每个薄片包括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构成，可以与不同的要求匹配。接触区段可以适用于与电刷的滑动接触。对于建立与电枢绕组的电接触的连接区段，可以选择更轻的材料，从而能够整体上降低集电器的重量。

根据一个有利的实施方式，接触区段的材料具有与连接区段的材料相同或比连接区段的材料更大的电导率。额外地或代替地，接触区段的材料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。

根据优选的实施方式，接触区段包含铜或黄铜，连接区段包含铝或锌。铜区段或黄铜区段因此位于集电器上的工作面的外侧并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还与电枢绕组电接触。由此，铝区段或锌区段用作在铜区段或黄铜区段与电枢绕组之间的电导体。

由不同材料构成的区段分成多个分别具有接触区段和连接区段的单独的换向器薄片，其分别沿轴向延伸，其中在集电器上在圆周上设置有多个这种薄片。薄片分别通过连接区段与电枢线圈连接。在电刷的工作轨迹的区域中，在接触区段中的换向器薄片可以由铜或黄铜构成，从而在此范围内在电刷与薄片之间得到确定的接触。相反地，铝区段或锌区段的优点在于其是比铜或黄铜更轻的材料，由此减少集电器的质量和惯性力矩，这带来了离心力的减小和加速的增快。

铝区段或锌区段可以完全由铝或锌构成或者具有铝或锌的组分。铜区段或黄铜区段能够以相应的方式完全由铜或黄铜构成或者具有铜或黄铜组分。一方面，铝或锌的相应物质的组分有利地为至少50％，另一方面，铜或黄铜的相应物质的组分有利地为至少50％。

在用于制造集电器的方法中，将由不同材料构成的两个环形或套筒形的、相互嵌套的区段，即接触区段和连接区段彼此连接。在连接过程结束之后，在集电器中可以通过多个部段沿轴向的分离或分开形成薄片。

第一区段优选由铜或黄铜构成，第二区段优选由铝或锌构成。分别为环形或套筒形的区段的连接以如下方式实现：具有不同直径的两个区段首先相互嵌套并随后使铝区段或锌区段沿径向朝向铜区段或黄铜区段的方向变形。由此在区段之间的接触区域内实现至少传力配合的、必要时也材料配合的连接。所述连接在铝区段或锌区段的变形相对很小时是传力配合的，在与此相反地径向变形很大时是传力配合的，因为在接触面的区域中在不同区段之间发生焊接。在每一种情况下都在不同区段之间得到足够稳定的连接。

由于铝区段或锌区段由相对较软的材料构成并且必要时此区段可以相对薄壁地构造，所以对于变形所需的力相应地变小。相反地，此外由较硬材料构成的相对厚壁的铜区段或黄铜区段不必为了建立连接而变形。因此减少了对于连接所需的能量消耗。接合对，即铜区段或黄铜区段和铝区段或锌区段的塑性变形减少。在连接过程期间优选仅铝区段或锌区段由于受作用沿径向发生变形，但铜区段或黄铜区段不变形。

可以考虑不同的可能性来改变铝区段或锌区段的直径。根据一个有利的实施方式规定，铝区段或锌区段的变形通过电磁脉冲焊接(EMPW)实现，其中电磁脉冲焊接是在待接合到一起的结构部件之间利用磁力的焊接工艺。在这种磁性变形中无接触地在铝区段或锌区段中产生很高的、脉冲化的磁场并改变铝区段或锌区段的直径。

不仅可以考虑铝区段或锌区段包围铜区段或黄铜区段的实施方式，也可以考虑铜区段或黄铜区段包围铝区段或锌区段的实施方式。在前一种情况中，铝区段或锌区段具有大于铜区段或黄铜区段的直径，在后一种情况中这种关系相应地相反。只要铝区段或锌区段较大，则该区段的直径通过变形减小，使得内径与铜区段或黄铜区段的外径形成传力配合或材料配合的连接。在另一种情况中，即铜区段或黄铜区段较大而铝区段或锌区段较小时，铝区段或锌区段径向扩宽直至其外侧与铜区段或黄铜区段的内侧形成传力配合或材料配合的连接。

有利的是，铜区段或黄铜区段可以在背离铝区段或锌区段的一侧由模具支撑，通过该模具承受在铝区段或锌区段变形时产生的径向力。以此方式一方面避免了铜区段或黄铜区段在制造过程期间的直径变化，另一方面铜区段或黄铜区段的表面可以在与铝区段或锌区段的连接过程期间已经对应于后期的继电器表面变形，由此能够减少材料的使用和随后的处理消耗。特别地对于铝区段或锌区段位于径向内部并且为了建立与铜区段或黄铜区段的连接而径向扩宽的情况执行通过模具的支撑。

铜区段或黄铜区段有利地构造为套筒形，以形成用于贴靠的套筒的足够大的工作面。铝区段或锌区段构造为套筒形或环形。在铝区段或锌区段径向包围铜区段或黄铜区段的实施方式中，环形的实施方式是有利的，在其它情况中套筒形的实施方式是有利的，其中铝区段或锌区段的轴向长度至少相当于铜区段或黄铜区段的轴向长度。在位于径向内部的实施方式中，套筒形的铝区段或锌区段可以额外地具有端侧的凸缘，该凸缘具有较大的直径并且构成用于位于径向外部的铜区段或黄铜区段的止动面。

附图说明

其它的优点和有利实施方式可以从其它权利要求、附图说明和附图中得到。附图中：

图1示出了用于内燃机的起动装置的纵向剖视图，该起动装置具有设有换向装置的电动起动马达，

图2示出了用于换向装置的集电器的铝环与黄铜套筒的连接过程的示意图，分别示出了未连接状态和连接状态，

图3示出了集电器的黄铜套筒和铝套筒的实施方式变型，同样示出了未连接状态和连接状态。

具体实施方式

在图1中示出了用于内燃机的起动装置1，其在壳体2中容纳有电动起动马达，该壳体具有位于前端的端盖3。起动马达4的马达轴5通过行星传动机构6驱动传动轴11，自由轮装置7的带动件8以轴向可移动但在转动方向上与传动轴11联动的方式设置在该传动轴上。带动件8通过支撑滚子9支撑在滚子轴环10上，该滚子轴环10与起动小齿轮12一体地构造。在轴向的进给运动中，起动小齿轮12从退回的非工作位置到达前进的与内燃机的齿圈接合的位置。

起动小齿轮12的轴向进给运动借助于电磁的起动继电器13执行，该起动继电器具有可轴向调节的提升衔铁14，该提升衔铁与叉状杆15联接。在提升衔铁14的轴向调节运动中，支承在壳体上的叉状杆15摆动，由此带动件8连同起动小齿轮12沿轴向被调节。

电动起动马达4构造为内转子式马达并且具有与马达轴5不可相对转动地连接的电枢16，该电枢包含可电激励的电枢线圈。电枢16中的线圈通过换向装置17被通电。由电的电枢线圈产生的电磁场与永磁体18的磁场集成，该永磁体设置在包围电枢的定子的内侧。

换向装置17具有多个弹簧-电刷单元19，该单元分别在壳体侧包括碳刷20和刷弹簧21以及在电枢侧包括集电器22。碳刷20由刷弹簧21施加力作用径向地靠在集电器22的外周面上。碳刷20和刷弹簧21有利地容纳在刷支架中，该刷支架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六个弹簧-电刷单元19。

在图2中示出了制造过程中的集电器22以及主要的结构部件，即套筒形的铜区段23和环形的铝区段24。部件23和24属于集电器22，该集电器是换向装置的组成部分。铜区段23构成工作面，电刷接触贴靠在该工作面上以传递电流。环形的铝区段24与铜区段23连接并且用于将电流继续传导到电枢绕组上。铜区段23在与铝区段24连接之后被分离成多个集电器薄片，这些集电器薄片通过轴向间隙彼此分隔，其中在圆周上分布地形成多个由铜区段23构成的这种薄片。铝区段24实施为连续的环，其具有比铜区段23的外径更大的内径。

在铝区段24与铜区段23之间的连接通过以电磁脉冲焊接(EMPW)方式的磁性变形实现。由此，EMPW工具25沿着环形的铝区段24的外侧运动并且在铝区段24中产生强烈的脉冲化的磁场。铝区段24由此发生形状变化、即直径减小，从而如图2所示地铝区段24的较大直径(附图左半部)减小为较小的直径(附图右半部)并且铝区段24的内径与铜区段23的端侧区域中的外周面接触。通过将区段23、24的边界层彼此冷焊接，优选以材料配合的方式实现这种连接。

在图3中示出了用于制造集电器22的实施方式变型。在根据图3的示例中，集电器22也具有一个套筒形的铜区段23和一个铝区段24，然而铝区段24同样构造为套筒形并且具有比铜区段23更小的直径。铝区段24的套筒插入在铜区段23中并且在初始状态(附图左半部)具有比铜区段23的内径更小的外径。此外，在铝区段24上一体地成形有径向扩宽的、在端侧的凸缘，该凸缘构成用于铜区段23的端侧的支撑面。

在铜区段23与铝区段24之间的连接同样通过以电磁脉冲焊接(EMPW)方式的磁性变形实现，为此使用EMPW工具25。工具25插入套筒形铝区段24的内部。由此，铝区段24在其套筒区域中执行径向扩宽并且贴靠在铜区段23的内周面上。在区段23、24之间的边界面的区域中通过冷焊接实现连接。

此外，在连接过程中使用模具26，其置于铜区段23的外侧并且径向向外地支撑该外侧。由此，一方面避免了在铝区段24的扩宽过程期间铜区段23也发生径向扩宽。另一方面，铜区段23的外侧已经成形为接近随后集电器表面的最终形状，由此减小材料使用和随后的加工消耗。

Claims (14)

1.用于制造用于向电机的电枢(16)传递电流的换向装置(17)的集电器(22)的方法，所述电机特别是用于内燃机的起动马达(4)，其中集电器(22)的环形或套筒形的、与电刷处于接触的接触区段(23)和集电器(22)的环形或套筒形的、与电枢绕组连接的具有不同直径的连接区段(24)相互嵌套，其中所述接触区段(23)和所述连接区段(24)由不同的材料构成，并且在相互嵌套之后所述接触区段(23)和/或所述连接区段(24)沿径向朝向另一区段的方向变形。

2.按照权利要求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)的材料相同或比所述连接区段(24)的材料更大的电导率。

3.按照权利要求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.按照前述权利要求1至3中任一项所述的方法，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.按照前述权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述接触区段(23)包含铜或黄铜，所述连接区段(24)包含铝或锌。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，铝或锌的区段(24)通过电磁脉冲焊接(EMPW)变形。

7.按照权利要求5或6所述的方法，其特征在于，铝或锌的区段(24)径向包围铜或黄铜的区段(23)并且铝或锌的区段(24)的内径被减小。

8.按照权利要求5或6所述的方法，其特征在于，铜或黄铜的区段(23)径向包围铝或锌的区段(24)并且位于内部的铝或锌的区段(24)的外径被增大。

9.按照前述权利要求5至8中任一项所述的方法，其特征在于，铜或黄铜的区段(23)在背离铝或锌的区段(24)的一侧由模具(26)支撑。

10.按照前述权利要求5至9中任一项所述的方法，其特征在于，铝或锌的区段(24)为环形，铜或黄铜的区段(23)为套筒形。

11.按照前述权利要求5至9中任一项所述的方法，其特征在于，铝或锌的区段(24)和铜或黄铜的区段(23)都为套筒形，其中铝或锌的区段(24)具有外径较大的端侧凸缘。

12.按照前述权利要求5至11中任一项所述的方法，其特征在于，在铝或锌的区段(24)的直径径向变窄或扩宽之后通过将铜或黄铜的区段(23)分离且必要时将铝或锌的区段(24)分离形成集电器薄片。

13.电机，特别是用于内燃机起动机的起动马达(4)，包括具有按照前述权利要求1至12中任一项所述的方法制造的集电器(22)的换向装置(17)。

14.用于内燃机的起动机，具有按照权利要求13所述的电动起动马达(4)。