CN104904100A - 用于电机的接触元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于提供与电机的电接触的接触元件(10；10'；10''；10''')，尤其是在机动车中，包括：由第一材料形成的第一接触段(13；14；18；21')；和由与第一材料不同的第二材料形成的第二接触段(11；17'；11；23)，其中，第一接触段和第二接触段借助于多组分连接(16；16'；16''；16''')连接。

Description

用于电机的接触元件

技术领域

本发明一般地涉及一种用于电机的接触元件，尤其是在机动车中。

现有技术

作为在电动机中的转换器的换向器是已知的，其中，换向器由作为支撑体的热固性的模塑材料和由铜制成的叠片构成。

叠片用作不仅至引导电流的碳刷的、而且至转子绕组的绕组丝的电接触面，转子绕组目前在大多数电机中由铜形成。绕组丝这样地安装在电机中，它们形成绕组装置，以便能够形成磁通。

从叠片至绕组丝的电接触可以通过接触钩形成，其设置在换向器叠片的末端处。在接触钩的内部区域中可以为了改善接触而设置部分的镀锡部。为了形成接触，转子绕组的绕组丝的末端插入到接触钩中并且压紧。

由于铜作为绕组材料是昂贵的，因此要寻找低廉的替代物。因此如今越来越多地使用铝制绕组丝取代铜制绕组丝。

在使用铝丝来接触换向器的与由铜制成的接触钩的情况下，已知一些基于软焊的方法。但是这些方法在电机的持久连续地高的运行温度下在耐久性方面是有缺陷的。这种装置的机械承载能力也是不够高的。

此外在换向器叠片的铜和绕组装置的材料之间接触时接触电阻可以增大，因为可以出现不稳定的金属间相。

在换向器上进行组装和固定时绕组丝可能被挤压，由此它的丝横截面减小。因此用于转子绕组的丝横截面在设置绕组丝至接触钩的捆扎的挤压连接的情况下需要选择得比用于电机的电特性的丝横截面较大。这导致对电机结构的限制。

因此本发明的任务是以简单的方式和方法提供一种改进的接触元件，尤其是提供在电机的接头和电机中的绕组装置的导体，尤其是由与接头材料不同的材料构成的导体之间的可靠的接触的接触元件。

本发明的公开

这个任务通过一种按照权利要求1的用于最好在机动车中的电机中的电接触的接触元件，一种按照并列权利要求8的接触装置以及通过一种按照并列权利要求11的尤其是在机动车中的电机来解决。

本发明的其他的有利的设计方案在从属权利要求中给出。

按照第一方面创造一种用于提供电接触尤其是在机动车中的电机的接触元件，包括:由第一材料形成的第一接触段;和由与第一材料不同的第二材料形成的第二接触段，其中，第一接触段和第二接触段借助于多组分连接(多种材料成分)连接。

上述接触元件的构思是，这样地提供在电机的接头和在至电机的内部中的绕组装置的导体之间的电接触，即提供接触元件至绕组装置的材料相同的或至少材料兼容的接触。

以这种方式可以，将绕组装置与接触元件电连接，而在该连接区域中不形成多（材料）组分连接。通过多组分连接可以产生金属间相，其具有明显增大的接触电阻。这对于电机的电特性是不利的。这个缺陷通过建议的接触元件在绕组装置和能量输入之间的接触的区域中被避免。

该如描述的提供的接触元件实现绕组材料的在很大程度上的自由选择。由于对于绕组装置而言需要相当多的绕组材料，因此可以在没有技术上的损失下选择低廉的绕组材料，如果至今为止使用的绕组材料对于经济地利用来说太昂贵的话。

换言之，以这种方式可以价格低廉地形成绕组装置中的高的材料量，其中，保持保证与电机接头的电气上良好的并且机械上可靠的接触。

考虑预制地提供如描述的接触元件，由此在制造电机时，在接触绕组装置期间，在绕组装置和预制的接触元件之间进行仅仅材料相同的或至少材料兼容的接触，由此电机的制造简单但是仍然提供从外部经由电机的接头到绕组装置的机械稳定的、良好电接触。

材料兼容的接触尤其理解为在不同的材料之间的接触，其中没有或基本上没有金属间的相产生，或在不同的，但是在很大程度上类似的材料之间的接触。

接触元件在此处尤其是理解为一种结构，它提供在电机的接头和电机的绕组装置或绕组装置的导体之间的导电接触或导电连接。

多组分连接在此处尤其是理解为一种连接，其由至少两种不同的，导电的材料形成。

接触元件，其如描述的那样具有由第一材料形成的第一接触段和经由多组分连接连接在其上的、由与第一材料不同的第二材料形成的第二接触段，可以称为多组分系统（多材料组分系统）。

第一接触段在此处尤其理解为接触元件的段，它分配于绕组装置。换言之，第一接触段或者直接地与绕组装置的绕组末端连接或者与通向绕组装置的导体连接。

绕组材料是指一种材料，由该材料构成绕组装置的导电的组成部分。在直流电机中第一接触段可以实施成换向器钩或狭缝。

接触元件的第一材料可以与绕组材料相同。备选地接触元件的第一材料可以与绕组材料相兼容。

第二接触段在此处尤其理解为分配给电机的接头的段。

此外接触元件可以这样地构成，绕组侧的接触段直接地与输入侧的接触段连接并且这样地多组分连接被提供。

备选地接触元件可以这样地构成，绕组侧的接触段经由一个提供多组分连接的接触段间接地与输入侧的接触段连接。

可以规定，电机的绕组材料基本上由铝形成。由于铝比铜便宜，以这种方式总体上提供了成本的节省。考虑，设置一个导体，它将接触元件的第一接触段与绕组材料电连接。备选地规定，绕组的末端直接地与接触元件的第一接触段电连接。

尤其是可以在使用铝作为绕组材料的情况下它的绝缘借助于铝阳极氧化处理形成。由此不需要在铜丝作为绕组材料的常规情况下要求的丝涂漆。

按照一种实施方式接触元件的第二接触段可以基本上由铜形成。这是常规使用的材料，例如在直流电机的换向器的叠片中或在电子换向(Electronically Commutated，EC)电机的绕组接头上的电子换向器的输入导线中。

考虑，提供具有第一，由铝或与铝兼容的材料形成的第一接触段和具有第二，由铜或与铜兼容的材料形成的第二接触段的接触元件，其中，第一接触段分配给绕组装置的和第二接触段分配给电机的接头。

可以规定，电机是直流电机，电子换向电机，发电机和变压器中之一。在直流电机的情况下，接触元件设置在换向器上和提供在换向器叠片和通向绕组装置的导线之间的电接触。从外部的能量输入此时以本身已知的方式经由碳刷实现，碳刷在换向器上滑动并且在换向器旋转时交替地与各一个叠片接触。

在电子换向电机的情况下，合适的控制器的控制接头为了供给和控制场绕组装置与输入侧的接触段连接。在这种情况下考虑将电子换向电机的转子实施成永久磁铁。

在电机是变压器的情况下，考虑将描述的接触元件至少设置在变压器的一侧上，在此侧上绕组装置具有大多数的绕组。

按照一种实施方式可以绕组侧的接触段与输入侧的接触段的多组分连接通过WIG-，TIG-，MIG-，MAG-，电阻-，摩擦－焊接，激光－焊接，带熔剂的钎焊连接和不带熔剂的钎焊连接，以及带或不带超声波支持，中之一被提供。以这种方式提供在绕组侧的接触段和输入侧的接触段之间的在机械上和热学上稳定的连接。

按照另一个方面提供一种接触装置，包括如上描述的接触元件和使绕组侧的接触段与绕组装置连接的导体，其中，导体至少在绕组侧的接触段的区域中由两个由不同的材料形成的段形成。

按照另一个方面提供一种电机，尤其是在机动车中，其中，在能量供给（源）和电机中的绕组装置之间的接触通过如上所述的接触元件和/或通过如上所述的接触装置形成。

描述的接触元件提供稳固的接触和恒定低的接触电阻。

在直流电机的情况下，例如使用由多种材料，至少两种材料，制成的支撑体（载体）。在此情况下其例如可以是铜和铝。支撑体材料可以通过轧焊或摩擦焊接制造。

如上所述的结构例如可以通过分解电机和通过显微照片以及通过合适的物理和化学分析进行检验。

附图简述

以下借助于附图详细解释本发明的优选实施方式。在此处类似的附图标记用于相同的或者类似作用的部件，只要没有不同的说明。附图所示：

图1是通过由带碳刷的直流电机实施成的电机的横截面图;

图2a-2b是用于解释的实施方式的示意图；

图3a-3i是一些实施方式的示意图，其中绕组侧的导体固定在换向器钩形式的绕组侧的接触段上;

图4a-4b是一些实施方式的示意图，其中绕组侧的导体固定在狭缝形式的绕组侧的接触段上;和

图5a-5d是一些实施方式的示意图，其中绕组侧的导体焊接在绕组侧的接触段上。

实施方式的描述

图1示出通过由带碳刷的直流电机实施成的电机M的部分的横截面图。电机M具有外壳8，在其中电枢A通过分配给它的轴4被保持在轴承6上。没有示出的是，轴4此外在它的相对置的一端处被保持在第二轴承上。

电机M此外具有换向器3。换向器3包括叠片5，经由碳刷1和2被接触t。碳刷1和2为此接触由叠片形成的换向器3的叠片5和以这种方式在没有示出的接头和没有示出的绕组装置、在这种情况下是电枢绕组装置，之间建立电接触。接触段7在叠片和引向绕组装置的导体15之间提供接触。

用于电枢A的绕组装置的电流输入通过由形成的换向器3的叠片5经由碳刷1和2实现。如果电枢A以这种方式被供给电流，那么形成电枢－磁场，该磁场与存在的定子磁场这样地相互作用，即扭矩作用于电枢A上，由此电枢转动。在此，碳刷失去与换向器的至到现在为止被接触的叠片的接触并且获得与换向器的在旋转方向上随后的叠片的接触，这些叠片配设于在电枢处的另一个绕组装置，由此也形成一个电枢磁场，该磁场也与存在的定子磁场这样地相互作用，即力作用于电枢A上，由此电枢继续旋转。换言之，换向器用于持续地在相对于定子磁通给定的角度下这样地产生电枢磁场，即一个基本上恒定的扭矩可以持续地作用于电枢A上。

图2a-2b示出一种实施方式的示意图，用于进行详细解释。图2a示出一种实施方式的简单地示出的复制品:接触元件9，其在功能上对应于图1的接触元件7，由一个由第一材料形成的第一接触段21和一个固定在其上的、由第二材料形成的第二接触段23形成。导体15通向电机的没有示出的绕组装置。

导体15由与第一接触段21形成相同的材料或至少由与其兼容的材料制成，该材料与第一材料没有或基本上没有形成金属间相。

相反，第二接触段23由一种与第一材料不同的第二材料形成。接触段23通过由第二材料形成的输入导体24的绝缘的末端25与电机的没有示出的接头连接。输入导体24在此处此外示出具有绝缘体27。

以这种方式绕组装置材料相同地或材料相兼容地与接触元件9的第一接触段21连接和接头材料相同地或材料相兼容地与接触元件9的第二接触段23连接。在第一材料和第二材料之间的材料过渡部由此通过接触元件9提供，其中在第一接触段21和第二接触段23之间形成固定的多组分连接。

因此在接头和绕组装置之间提供了一种机械和热稳定的电连接，因为形成或者材料相同的连接或者在不同的材料之间踏板稳定的提供的连接。

从这个相当孤立的示例性的研究出发，在图2b中示意示出图1的接触元件7，在此处为接触元件10"':由第一材料形成的，第一接触段21'，也称为换向器钩21'，被固定在在此处仅仅作为局部示出的图1的换向器3的支撑体29上。第一材料可以与材料形成电机的绕组的材料是一致的，例如铝。第一材料可以备选地是与铝兼容的材料。此外换向器具有由第二材料形成的，与电机的接头配属的接触段23，也称为叠片23。

图3a-3i示出一些实施方式的示意图，其中，绕组侧的导体固定在换向器钩形式的绕组侧的接触段上。

按照一种实施方式，接触元件10用于提供在电机的接头和电机中的由绕组材料形成的绕组装置之间的电接触。接触元件10具有由第一材料，其可以是绕组材料或与其兼容的材料，形成的、绕组侧的接触段13和由与绕组材料不同的第二材料形成的、配属于接头的第二接触段11a至11i，其中，第一接触段13和第二接触段11a至11i借助于多组分连接16a至16i连接。

在带碳刷的直流电机的情况下，绕组侧的接触段13例如是换向器钩13。换向器钩13由一个与换向器叠片齐平的、放置在换向器支撑体上的段和一个与换向器支撑体成角度地向后弯曲的段形成，通向绕组装置的导体15的末端固定在在该段上。在最简单的情况下，换向器钩可以通过一个先突出于换向器支撑体和接着向后弯曲的叠片形成。此外，导体15的与换向器钩连接的末端可以通过叠片的突出的段的向后弯曲这样地被夹持住,即它被固定在叠片上同时提供导电的连接。

通过与接头连接的第二接触段11a至11i，由此可以形成通过第一接触段13至导体15和由此至绕组装置的电连接。

在图3a-3i中示出的实施方式的共同点是，绕组侧的或第一接触段13，其由绕组材料或由与绕组材料兼容的材料制造，其称为第一材料，与导体15处于电接触下，该导体同样由绕组材料制造和通向绕组装置。考虑，将绕组装置整体上由导体15形成。

绕组侧的接触段13例如可以是换向器钩。在这种情况下，输入侧的接触段11则是换向器的叠片。

图3a示出接触元件10。第一接触段13，其由第一材料形成，直接地与提供多组分连接接触段17a连接，后者也由第一材料形成。第一接触段13这样地向后弯曲，即导体15可以夹持在第一接触段13和接触段17a之间。接触段17a-如横截面图中可以看见的那样-大面积地与第二接触段11a电连接，其中，第二接触段11a由第二材料形成。第二接触段11a通过多组分连接16a与接触段17a连接，该多组分连接通过WIG-，TIG-，MIG-，MAG-，电阻-，摩擦－焊接，激光－焊接，带熔剂的钎焊连接和不带熔剂的钎焊连接被提供。上述方法此外可以借助于超声波方法支持。换言之，第二接触段11a显示出平行于接触段17a的纵向延伸方向地被置于其上。

第一接触段13因此间接地通过提供多组分连接16a的接触段17a与第二接触段11a连接。

按照图3b，设置由第一材料制成的第一接触段13，其直接地与接触段17b连接。第一接触段13相对于接触段17b这样地向后弯曲，即导体15可以被夹持在第一接触段13和接触段17b之间。在由第一材料形成的接触段17b的纵向延伸方向上，由第二材料形成的第二接触段11b对接地安装。在接触段17b和第二接触段11b之间形成的多组分连接16b具有比前述示例较小的面积。

第一接触段13由此通过提供多组分连接16b的接触段17b间接地与第二接触段11b连接。

图3c示出接触元件10，其中，由其中由第一材料形成的第一接触段直接地与由第二材料形成的第二接触段11c连接。第一接触段通过多组分连接16c与第二接触段11c连接。换言之，第二接触段11c与接触段17c一体地被提供。第一接触段13与接触段17c具有这样的锐角，使得导体15可以被夹持在第一接触段13和接触段17c之间。多组分连接16c在第一接触段13和接触段17c之间可以按照前述方式制造。

第一接触段13由此直接地与第二接触段11c连接，从而以这种方式提供多组分连接16c。

图3d示出接触元件10，其中由第一材料形成的第一接触段13间接地与由第二材料形成的接触段11d连接。第一接触段13直接地与接触段17d连接并且与接触段17d形成一个这样的锐角，即导体15可以夹持在第一接触段13和接触段17d之间。接触段17d在它的纵向延伸方向台阶式地变细，从与第一接触段13的连接处看。在该台阶中嵌入第二接触段11d。在第二接触段11d和接触段17d之间形成多组分连接16d。

第一接触段13由此间接地通过提供多组分连接16d的接触段17d与第二接触段11d连接。

图3e示出接触元件10，其具有由第一材料形成的第一接触段13，其在由第一材料形成的接触段17e处形成。第一接触段13与接触段17e之间具有这样的锐角，即导体15可以被夹持在第一接触段13和接触段17e之间。接触段17e具有空隙，在其中放入由第二材料形成的第二接触段11e。在第二接触段11e和接触段17e之间形成多组分连接16e。

第一接触段13由此间接地通过提供多组分连接16e的接触段17e与第二接触段11e连接。

图3f示出接触元件10。由第一材料形成的第一接触段在接触段17f处形成和与其之间具有这样的锐角，即导体15可以被夹持在第一接触段13和接触段17f之间。在接触段17f的延伸方向上，从第一接触段看，由第二材料形成的第二接触段11f被对接地连接。在第二接触段11f和接触段17f之间形成多组分连接16f。

第一接触段13由此间接地通过提供多组分连接16f的接触段17f与第二接触段11f连接。

图3g示出接触元件10，其中，由第一材料形成的第一接触段13施加在由第一材料形成的接触段17g上。第一接触段13和接触段17g相互间具有这样的锐角，即导体15可以被夹持在第一接触段13和接触段17g之间。接触段17g被放入在接触段17g的延伸方向上，从第一接触段13看，台阶式地变大的第二接触段11g的一个台阶中，第二接触段由第二材料形成。在第二接触段11g和接触段17g之间形成多组分连接16g。

第一接触段13由此间接地通过提供多组分连接16g的接触段17g与第二接触段11g连接。

图3h示出接触元件10，其中由第一材料形成的第一接触段13固定在由第二材料形成的第二接触段11h上。第一接触段13与第二接触段11h之间形成这样的锐角，在第一接触段13和第二接触段11h之间布置的导体可以被夹持在第一接触段13和第二接触段11h之间。第一接触段13通过多组分连接16h与第二接触段11h直接地连接。在该实施方式中，接触段17h与第二接触段11h是相同的。

第一接触段13由此直接地与第二接触段11h连接，从而以这种方式提供多组分连接16h。

图3i示出接触元件10，其中第一接触段由一个由第一材料13.2制成段的和一个由另一种材料13.1制成的段形成。第一接触段13在由第一材料形成的侧13.2上与由第一材料形成的接触段17i连接。第一接触段13和接触段17i具有这样的锐角，即在第一接触段13的由第一材料形成的侧13.2和接触段17i之间放置的导体15可以被夹持在其之间。接触段17i被放入在接触段17i的延伸方向上，从第一接触段13看，台阶式地变宽的由第二材料形成的第二接触段11i的一个缺口中。接触段11i通过多组分连接16i与接触段17i连接。

第一接触段13通过它的由第一材料13.1形成的段由此通过提供多组分连接16i的接触段17i间接地与第二接触段11i连接。

图4a和4b是一些实施方式的示意图，其中，绕组侧的导体固定在狭缝形式的绕组侧的接触段上。

详细地在图4a-4b中示出接触元件10'的两个实施方式，其中，由绕组材料形成的，绕组侧的接触段14a，14b配设有狭缝。同样由绕组材料形成的导体15为了进行接触被插入狭缝中和例如通过挤压或者导电胶粘接或者焊接被固定。

在按照图4a的实施方式中，在接触段14a中的狭缝一直构造到由第二材料形成的、输入侧的接触段17'a。

相反，按照图4b，狭缝完全在绕组侧的接触段内部形成，由此在导体15和绕组侧的接触段14b之间建立接触期间导体可以一直向下推移过去，而不形成多组分连接。

接触段17'a和17'b在该实施方式中直接地与输入侧的接触段11连接和由此形成多组分连接16'。

图5a-5d示出接触元件的四个实施方式10"的示意图，其具有输入侧的接触面11和焊接上的导体15。

按照图5a由绕组材料形成的，绕组侧的接触段18a与由第二材料形成的，输入侧的接触面11在端面对接地连接和由此形成多组分连接16"。在绕组侧的接触段18a上焊接由绕组材料形成的，通向绕组装置的导体15。

通向绕组装置的导体15由绕组材料形成和与绕组侧的接触段18a焊接或者钎焊连接或者导电地粘接。

图5b示出图5a的视图的一种变型，接触面11仅仅在由绕组材料形成的，绕组侧的接触段18b的表面段中形成。多组分连接16"由此具有半个盆的形状。

在图5c中示出的接触元件对应于在图5a中示出的，仅仅在此处通向绕组装置的导体15是由两种不同的材料形成的。因此导体15至少在绕组侧的接触段18c的一个区域中由一个由绕组材料形成的段15.2和一个由另一种材料形成的段15.1形成。由绕组材料形成的段15.2焊接在接触元件10"的绕组侧的接触段18c上。由另一种材料形成的段15.1与接触元件10"的绕组侧的接触段18c相背离。

在图5d中示出的接触元件对应于图5b中示出的，仅仅在此处通向绕组装置的导体15是如图5c中示出的实施方式那样形成。

提供多组分连接16"的接触段17"a至17"d在图5a至5d中示出的实施方式中分别直接地与输入侧的接触段11连接。

在描述的实施方式中考虑，绕组侧的接触段输入侧的接触段的多组分连接通过WIG-，TIG-，MIG-，MAG-，电阻-，摩擦－焊接，激光－焊接，带熔剂的钎焊连接和不带熔剂的钎焊连接，以及带或不带超声波支持，进行提供。

称为考虑一种接触装置，其包括如上所述的接触元件和将绕组侧的接触段与绕组装置的导体15，其中，导体15由两个由不同的材料形成的段15.1，15.2形成。

最后提供一种电机，尤其是在机动车中，其这样地形成，即与电机中的绕组装置的接触通过如上形成的接触元件和/或通过如上提供的接触装置形成。

Claims (11)

1.用于提供与电机的绕组装置电接触的接触元件(10;10';10";10"')，尤其是在机动车中，包括:

－由第一材料形成的第一接触段(13;14;18;21');和

－由与第一材料不同的第二材料形成的第二接触段(11;17';11;23)，

其中，第一接触段(13;14;18;21')和第二接触段(11;17';11;23)借助于多组分连接(16;16';16";16"')连接。

2.根据权利要求1所述的接触元件，其中，第一接触段(13;14;18;21')直接地与第二接触段(11c;11h;17';11;23)连接和这样地提供多组分连接(16c;16h;16';16";16"')。

3.根据权利要求1所述的接触元件，其中，第一接触段(13)经由一个提供多组分连接(16a;16b;16d;16e;16f;16g;16i)的第三接触段(17a;17b;17d;17e;17f;17g;17i)间接地与第二接触段(11a;11b;11d;11e;11f;11g;11i)连接。

4.根据前述权利要求中任一项所述的接触元件，其中，第一材料基本上由或通过铝或与铝兼容的材料形成。

5.根据前述权利要求中任一项所述的接触元件，其中，第二材料基本上由或通过铜或与铜兼容的材料形成。

6.根据前述权利要求中任一项所述的接触元件，其中，所述电机是直流电机，电子换向电机，发电机和变压器之一。

7.根据前述权利要求中任一项所述的接触元件，其中，第一接触段(13;14;18;21')与第二接触段(11;17';11;23)的多组分连接(16;16';16";16"')通过WIG-，TIG-，MIG-，MAG-，电阻-，摩擦－焊接，激光－焊接，带熔剂的钎焊连接和不带熔剂的钎焊连接，以及带或不带超声波支持，之一，被提供。

8.用于提供与电机的绕组装置电接触的接触装置，尤其是在机动车中，包括

－根据前述权利要求中任一项所述的接触元件(10;10';10";10"');和

－将第一接触段(18c;18d)与接触元件的绕组装置连接的导体(15)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的接触装置，其中，导体(15)至少在第一接触段(18c;18d)的区域中由一个由第三材料形成的第一导体段(15.1)和一个由第四材料形成的、与第一接触段(18c;18d)连接的第二导体段(15.2)形成。

10.根据前述权利要求中任一项所述的接触装置，其中，第四材料与第一材料相同或相兼容。

11.电机，尤其是在机动车中，其中，在电机的接头和电机中的绕组装置之间的接触通过接触元件和/或通过根据权利要求9至10中任一项所述的接触装置形成。