CN105703190A - 用于电机的换向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电机的换向装置，其具有在电刷座中的导电的电刷，电刷与电刷板和汇流排相连接。汇流排和/或电刷板处于固有应力下并且将力加载到在电刷座处的容纳元件中。

Description

用于电机的换向装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于电机的换向装置。
背景技术
已知用于电机的换向装置，其用于将电流传递并转向到转子侧的电枢线圈上。该换向装置在转子侧包括整流子或换向器，其带有多个在周边上分布地布置的换向片，在换向片处贴靠着被保持在定子侧的可通电的碳刷，该碳刷可沿径向移动地保持在电刷座中。电刷座布置在电刷板处，该电刷板电气接地。通过汇流排实现通电，电刷板和汇流排分别构造成盘状并且沿轴向位于电刷座的相对而置的侧部处。例如在文献DE202007013137U1、DE102010063688A1或DE102009002725A1中描述了这种类型的换向装置。
换向装置的一种应用是用于起动装置的起动电马达，以用于起动内燃机。为了应用在起停系统中，经受磨损的碳刷必须设计成用于多次的起动过程。
发明内容
本发明的目标是，通过简单的结构措施如此构造换向装置，即，保证长的运行时间。
根据本发明，该目标通过权利要求1的特征实现。从属权利要求给出适宜的改进方案。
根据本发明的换向装置使用在电机中，以用于为转子侧的电枢绕组通电并且产生电磁场，该电磁场与或者由永磁体或者由可电激励的定子侧的线圈产生的定子侧的场相互作用。
换向装置例如应用在起动装置的起动电马达中，以起动内燃机。在此，起动马达驱动起动小齿轮，该起动小齿轮与内燃机的齿圈接合。起动小齿轮或者永久地接合到齿圈中，或者借助于起动继电器在被拉回的与齿圈的脱开接合位置和推进的与齿圈的接合位置之间调整。起动装置可应用在起停系统的范围中，该起停系统必须胜任多次起动过程。
换向装置包括与电机的转子轴相连接的换向器或整流子以及在定子侧的引导电流的电刷，电刷贴靠在整流子处并且容纳在电刷座中。电刷座中的电刷以可移动的方式支承并且被作用到电刷上的弹簧元件的力朝整流子的方向上加载力。
电刷优选地可径向移动地支承并且贴靠在圆柱形的整流子的周面处。整流子具有在轴向方向上延伸的换向片，换向片在周向方向上通过分离间隙彼此电气分离并且与电枢绕组电气连接。
但是，也可考虑整流子作为扁平整流子的实施方案，在其中，平的整流子布置在转子轴的端侧处，并且轴向地朝整流子加载电刷。
电刷座具有容纳元件，其用于与电刷板和汇流排相连接。优选地，容纳元件优选轴向地(参考马达纵轴线)位于电刷座的相对而置的外侧处，从而相应地，电刷板和汇流排在沿轴向相对而置的外侧处容纳在每个电刷座的容纳元件中。电刷板布置并保持在电机的罩壳处并且电气接地(负极)。汇流排被正电加载(正极)并且同样可与电机的罩壳机械地相连接。电刷成对地布置，其中，相应有一个电刷与汇流排电气连接，并且在直径上(diametral)相对而置的电刷与电刷板电气连接。以在周边上分布的方式例如布置四个或六个电刷，其中，电刷以极性交替的方式布置。
电刷贴靠在整流子的换向片处，这些换向片在周向方向上通过分离间隙相互电气分离并且与电枢绕组电气连接。为此，整流子的换向片可通过联接绞合线与电枢绕组相连接。
根据有利的实施方案，在面对电枢绕组和联接绞合线的一侧上，汇流排位于电刷座的相关的容纳元件中。在沿轴向相对而置的一侧上，在布置在电刷座的外侧处的其他容纳元件中容纳有电刷板。但是原则上，也可考虑相反的实施方案，在其中，电刷板布置在电刷座处的面对电枢绕组的一侧上，并且汇流排布置在电刷座处的远离电枢绕组的一侧上。
根据有利的实施方案，在电刷座处的容纳元件实施成角形的该角形部包括轴向的和径向的区段，其共同形成L形并且限制沿径向向内或向外指向的用于容纳汇流排或电刷板的容纳孔。有利地，这种类型的角形的容纳元件位于电刷座的两个在直径上相对而置的轴向的端侧处，从而不仅汇流排而且电刷板可容纳在容纳元件中。在该实施方案中，电刷座机械地被装到沿轴向彼此间隔开的汇流排和电刷板上。
在根据本发明的换向装置中，汇流排和/或电刷板处于固有应力下并且特别是径向地将力加载到容纳元件中。由此，实现了汇流排和电刷板在容纳元件中的固定配合，从而相应地实现汇流排和电刷板与电刷座的固定连接。消除了可能存在的径向间隙。由于该固定配合，减小了电刷的磨损。
不仅考虑在其中仅仅汇流排以径向力容纳在电刷座处的容纳元件中的实施方案，也考虑在其中仅仅电刷板以径向力配合在容纳元件中的实施方案。此外也可行的是，不仅汇流排而且电刷板分别以径向力且无间隙地容纳在电刷座处的相对而置的容纳元件中。
根据另一适宜的实施方案，汇流排和电刷板带有轴向间隙地容纳在容纳元件中。例如，在容纳元件呈L形的实施方案中，提供沿径向向内或沿径向向外的容纳孔，汇流排和电刷板被插入该容纳孔中。容纳孔在轴向方向上具有比插入的汇流排和电刷板的厚度更大的延伸。然而，由于汇流排和电刷板的在径向方向上作用的固有应力，尽管存在轴向间隙，仍然提供汇流排和电刷板在容纳元件中的可靠且固定的配合。
根据另一适宜的实施方案，汇流排和电刷板构造成弹簧环并且具有切开的径向槽。该径向槽保证，将施加到在容纳元件中的支座上的径向力限制到最大值上。该径向槽或者仅仅在径向方向上延伸，或者以具有在径向方向上以及在周向方向上的分量的方式延伸；无论如何，径向槽切开汇流排和电刷板。
根据另一适宜的实施方案，汇流排和电刷板沿径向向外将力加载到容纳元件中。在容纳元件的角形的更确切地说L形的实施方案中，该容纳元件在径向外部的一侧上搭接汇流排和电刷板。引入到容纳元件中的汇流排和电刷板相应地在其径向外部的周向侧上被容纳元件限制并且将沿径向向外指向的力施加到容纳元件上。
根据备选的实施方案也可行的是，汇流排和电刷板将沿径向向内指向的力施加到容纳元件上。在这种情况下，角形的更确切地说L形的容纳元件在环形内侧上搭接环形的汇流排和电刷板。
根据另一适宜的实施方案，容纳元件与电刷座构造成一体。电刷座由电绝缘的材料制成并且例如由塑料或烧结材料构成。
根据又一适宜的实施方案，电刷实施成多层式电刷，其在整流子的周向或旋转方向上由至少两个不同的层构成。这些层例如构造成性能层和构造成换向层，其电阻可以是不同的；适宜地，性能层具有比换向层更小的电阻。性能层例如沿旋转方向位于前方，并且换向层位于后方。有利地，电刷的所有的层都在整个轴向的电刷长度上延伸。
附图说明
从其他的权利要求、附图说明和附图中得到其他的优点和适宜的实施方案。其中：
图1示出了具有起动小齿轮的用于内燃机的起动装置，起动小齿轮可轴向地通过起动继电器调整并且可旋转地通过起动电马达驱动，
图2示出了电机的纵截面，该电机例如用作起动电马达，同时示出了换向装置，
图3示出了换向装置的横截面，
图4示出了设有槽的汇流排的视图，
图5示出了多层式电刷的截面。
在附图中，相同的构件设有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1中示出的用于内燃机的起动装置1具有起动小齿轮2，为了起动内燃机4，该起动小齿轮与内燃机的齿圈3接合。起动小齿轮2如通过双箭头表示的那样可轴向移动地支承在驱动轴5上，其中，起动小齿轮2不可相对旋转地与驱动轴5相耦联，例如通过多线螺纹相耦联。起动小齿轮2通过起动继电器6在与内燃机4的齿圈3的被拉回的非作用位置和被推进的接合位置之间调整，起动继电器6构造成电磁式并且包括可通电的继电器绕组7以及往复式衔铁8，该往复式衔铁在继电器绕组7通电时被轴向地拉入到该继电器绕组中。往复式衔铁8通过接合杆9在运动学上与起动小齿轮2相耦联，从而往复式衔铁8在静止位置和调整位置之间的轴向的调整运动被转化成起动小齿轮2在非作用位置和接合位置之间的对应的轴向的调整运动。
传到驱动轴5上或起动小齿轮2上的旋转的驱动运动借助于起动电马达11产生，该起动电马达通过特别是实施成行星齿轮传动机构的传动机构12与驱动轴5相耦联。在操纵起动电马达11时将驱动轴5并且由此也将起动小齿轮2置于旋转中。起动马达11例如构造成在定子内侧处具有永磁体的永磁激励的马达并且具有带有电枢绕组的与转子轴相连接的电枢，电枢绕组通过换向装置通电。
为起动装置1分配有调节或控制器10，通过其控制起动继电器6以及起动马达11的功能。
在操纵起动继电器6时往复式衔铁8轴向地进行调整运动的情况下，在达到调整位置时通过使开关元件与往复式衔铁8的调整运动在运动学上耦联接通用于起动马达11的电流，从而起动马达11开始运动并且旋转地驱动驱动轴5以及起动小齿轮2。
起动装置1设有自由轮装置，其构造成滚轮自由轮(Rollenfreilauf)14。接合杆9作用到弹簧元件13上，其轴向地以力加载滚轮自由轮14的带动件15，其中，滚轮自由轮14的小齿轮凸缘或滚轮凸缘16与带动件15共同作用，并且小齿轮凸缘16与起动小齿轮2构造成一体。滚轮自由轮14允许在起动电马达11的驱动方向上传递旋转运动。然而，如果在内燃机4起动之后齿圈3的旋转速度很高，使得驱动方向反向，通过滚轮自由轮14消除在带动件15和小齿轮凸缘16之间的运动学上的耦联。
图2局部地示出了电机11的在换向装置25的区域中的纵截面。电机11在形成定子罩壳并且在端侧由换向器轴承盖21封闭的罩壳20中具有转子轴23，该转子轴可旋转地支承在轴承盖21中的轴承22中。电枢24与转子轴23固定地相连接，电枢是通过换向装置25通电的电枢绕组的载体。
换向装置25包括转子侧的整流子26以及电刷架或电刷设备27，电刷架或电刷设备包括布置在定子侧的电刷板28与电刷座29和容纳在其中的电刷30。多个电刷30在周边上分布地相应布置在电刷座29中，其中相应两个在直径上相对而置的电刷形成关联的电刷对，其中一个电刷具有正极，并且相对而置的电刷具有负极。每个电刷30可沿径向移动地容纳在电刷座29中并且通过支撑在电刷座29中的弹簧元件31的力沿径向朝整流子26的方向加载力。电刷30的位于径向内部的端侧与整流子26的周面接触，整流子以在周边上分布的方式具有多个换向片，其相互电气分离并且分别通过联接绞合线37与电枢24的电枢绕组相连接。联接绞合线37在一端部通过固定元件38与整流子26的换向片相连接。联接绞合线37在另一端部与电枢绕组的绕组端部相连接；但是这样的实施方案也是可行的，即，在其中，联接绞合线37由电枢绕组的绕组端部形成。在整流子26的周面上的联接绞合线37轴向地仅仅在整流子26的相对短的部分长度上延伸。
在罩壳20的内侧处存在在周边上分布的多个永磁体32，其场与电枢绕组的场相互作用。
电刷座29在其面对电枢24的外侧上设有角形的容纳元件35，该容纳元件与电刷座29实施成一体。容纳元件35实施成L形并且具有沿径向向内指向的容纳孔，环形的汇流排36插入该容纳孔中。
汇流排36和电刷板28轴向地位于电刷座29的相对而置的外侧上。电刷板28也容纳在优选地角形的容纳元件中。
如可从图3和图4中得到的那样，汇流排36构造成环形并且具有在径向方向上延伸的槽39，由此，汇流排36形成弹簧环。汇流排36插入容纳元件35中，该容纳元件与电刷座29构造成一体并且实施成沿径向向内敞开。相应地，容纳元件35在汇流排的径向外部的侧部处包围汇流排36。汇流排36在径向的固有应力下被插入容纳元件35中，汇流排将根据力箭头40(图3)的沿径向向外指向的力施加到容纳元件35上并且相应地可靠地且固定地容纳在容纳元件35中。
在容纳元件35中的容纳孔可具有比相当于汇流排36的厚度更大的轴向延伸(参考马达纵轴线34)。相应地，汇流排36有轴向间隙地容纳在容纳元件35中。由于汇流排36施加到容纳元件35上的径向力，尽管有轴向间隙，汇流排还是可靠地且在没有机械运动自由度的情况下容纳在容纳元件35中。
如从图2结合图5中得到的那样，电刷30构造成双层式电刷并且包括两个层30a和30b，这两个层在其材料性能方面彼此不同。两个层30a和30b固定地相互连接，层30a沿旋转方向位于前方并且构造成性能层，沿旋转方向位于后方的层30b形成换向层。相应地，在回转时，性能层30a首先与整流子26的换向片接触并且紧接着换向层30b才与相关的换向片接触。性能层30a特别是具有比换向层30b更小的电阻。两个层30a、30b在电刷的相同的轴向长度上延伸。
电刷的所描述的实施方式涉及换向装置的所有电刷。根据实施方案，在换向装置中可存在不同数量的电刷，例如四个或六个电刷。电刷板28可夹紧在罩壳20的端侧和轴承盖21之间。但是也可行的是，电刷板旋接在罩壳处或轴承盖处。
此外，也可考虑马达11的电激励，从而代替永磁体将电绕组布置在罩壳20的内侧处。代替布置在马达11中的面对轴承盖21的一侧上，换向装置必要时可布置在沿轴向相对而置的一侧上。

Claims (10)

1.一种用于电机、特别是用于起动装置(1)的起动马达的换向装置，该换向装置带有与转子轴(23)相连接的整流子(26)和导电的电刷(30)，所述电刷贴靠在所述整流子(26)处并且容纳在电刷座(29)中，所述电刷座与电刷板(28)和相对于所述电刷板(28)间隔开的汇流排(36)相连接，其中，所述电刷(30)被弹簧元件(31)朝所述整流子(26)的方向加载力，其特征在于，所述汇流排(36)和/或所述电刷板(28)容纳在所述电刷座(29)处的容纳元件(35)中，其中，所述汇流排(36)和/或所述电刷板(28)处于固有应力下并且将力加载到所述容纳元件(35)中。
2.根据权利要求1所述的换向装置，其特征在于，或者仅仅所述汇流排(36)或者仅仅所述电刷板(28)处于固有应力下并且将力加载到所述容纳元件(35)中。
3.根据权利要求1或2所述的换向装置，其特征在于，所述汇流排(36)和/或所述电刷板(28)带有间隙地容纳在所述容纳元件(35)中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的换向装置，其特征在于，所述汇流排(36)和/或所述电刷板(28)构造成具有切开的径向槽(39)的弹簧环。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的换向装置，其特征在于，所述汇流排(36)和/或所述电刷板(28)沿径向向外地将力加载到所述容纳元件(35)中。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的换向装置，其特征在于，所述容纳元件(35)在径向外部的侧部上搭接所述汇流排(36)和/或所述电刷板(28)。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的换向装置，其特征在于，所述汇流排(36)和/或所述电刷板(28)沿径向向内地将力加载到所述容纳元件(35)中。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的换向装置，其特征在于，所述电刷(30)构造成多层式电刷并且具有至少两个不同的层(30a、30b)。
9.一种具有根据权利要求1至8中任一项所述的换向装置(25)的电机。
10.一种内燃机(4)的起动装置，所述起动装置具有根据权利要求9所述的电机作为起动马达。
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