CN107005010A - 具有支承板的双电刷 - Google Patents

Abstract

一种电刷装置(1)，该电刷装置包括并排布置的第一片状件(11)、第二片状件(12)，每个片状件在用于摩擦可移动元件的摩擦面与用于电连接至另一可移动元件的片状件顶部(71、72)之间沿径向延伸；第一板(41)仅牢固地固定至第一片状件，并且在第二片状件的顶部上方切向延伸，以这种方式在第一板荷载有压力装置时将压力传递至所述第二片状件；不同于第一板的第二板(42)，第二板仅牢固地固定至第二片状件，并且第二板在第一片状件的顶部的上方沿切向延伸，以这种方式在第二片状件相对于第一片状件朝向第一可移动元件相对运动的情况下支承在所述第一片状件上。

Description

具有支承板的双电刷

技术领域

本发明涉及在旋转电机中用于提供固定部件/元件与旋转部件/元件之间的电接触的电刷的领域。该旋转部件可以例如是电动马达的换向器部分或者同步或异步电机的滑环。

更准确地，本发明涉及用于电机的电刷，并且更具体地涉及分瓣电刷(splitbrush)。

背景技术

已知将通常为石墨基的若干片状件并排地组装以限制火花和振动作用，特别是当用于相对于电刷滑动的元件包括多个换向器条时，每个叶片都具有相关联的电势并且容许条彼此之间未对准的缺陷。因此，提供若干片状件可以因此实现更好的接触，即使在有表面缺陷的情况下。

因此，分瓣电刷包括并排布置的两个片状件，并且每个片状件在用于同相对于电刷可移动的元件滑动的接触表面与位于该片状件的顶部处的顶部表面之间延伸。

相对于电刷可移动的元件可以例如包括电机的换向器。

压力系统允许压力在顶部表面上被施加至所述片状件中的每个片状件以使接触表面相对于移动元件滑动。

已知一种分瓣电刷，包括两个片状件，每个片状件具有带斜面的顶部和弹簧按压在其上的边缘，从而对每个片状件施加力。

文献US 3,158,772描述了此种具有边缘的分瓣电刷的示例，其中，力被对称地施加至每个片状件。

然而，施加的力会趋向于将片状件分散开，从而存在所述片状件可能相对于为所述片状件提供侧向支撑的电刷架的壁磨损的风险。

分瓣电刷也是已知的，所述分瓣电刷具有两个片状件以及板，该板被铆接至所述片状件中的仅一个片状件并且在两个片状件的顶部表面的上方延伸，使得由弹簧施加在该板上的压力被传递至片状件两者。这些电刷是具有金属夹的分瓣电刷。

然而，应当理解的是，未铆接至该板的片状件、称为独立的片状件、引导片状件、被动片状件或自由片状件被容许相对于牢固地固定至该板的片状件——称为导引片状件或驱动片状件——而移动。由于自由片状件相对于驱动片状件的这些相对运动，存在电弧的风险，并且因此加速了自由片状件的接触表面的磨损。因此，自由片状件会在长度上短于导引片状件，从而进一步降低了由板提供的与该自由片状件相接触的风险，这样易于加重导引片状件的相对移位，以及因此加重其磨损。

因此，需要一种分瓣电刷，该分瓣电刷具有金属夹以允许片状件彼此之间更均匀的磨损。

已知如例如在文献GB 1,119,614中描述的提供一种附加的防振层。然而，在环境容许相对强烈的振动的情况下，该解决方案可被证明存在不足。

考虑到将两个片状件彼此牢固地固定的想法，但是担心这种解决方案增大了电弧的风险，特别是在换向器具有容许相对较差地对准的条的情况下。

还考虑到用柔性粘合剂将两片状件粘合在一起(分层电刷(sandwich brush))的想法，以准许低振幅的相对运动，并且阻止较大振幅的相对运动。然而，特别是在环境容许相对强烈的振动的情况下，存在使片状件分离的风险。此外，准许运动的振幅将保持相对有限。

发明内容

提出了一种电刷装置，该电刷装置用于在相对于彼此可移动的第一元件与第二元件之间传递电力，该电刷装置包括：

-并排布置的两个片状件，每个片状件在用于相对于第一可移动元件滑动的接触表面与用于电连接至第二元件的片状件顶部之间沿径向延伸，

-第一板，该第一板仅牢固地固定至第一片状件，并且在第二片状件的顶部的至少一部分上沿切向延伸，以在例如弹簧的压力装置偏置第一板时将压力传递至第二片状件，使得第一片状件的接触表面和第二片状件的接触表面在第一可移动元件上滑动。

根据本发明，电刷装置还包括与第一板不同的第二板，该第二板仅牢固地固定至第二片状件，并且在第一片状件的顶部的至少一部分上沿切向延伸，以在第二片状件相对于第一片状件朝向第一可移动元件相对运动的情况下对所述第一片状件施压。

因此，如果由于外部振动，例如第二片状件相对于第一片状件朝向第一可移动元件、例如换向器而移位，则该第二板将第一片状件驱动朝向第一可移动元件。因此，两个片状件保持彼此相对相互依赖，使得从片状件彼此之间的磨损保持相对均匀。

当第二片状件相对于第一片状件的相对运动趋向于使第二片状件移动离开第一可移动元件时，第一板限制第二片状件的进行，以保持该第二片状件靠近第一可移动元件。

由于功能性的间隙，以及片状件与板之间可能的微小间隙，第二片状件相对于第一片状件相对较低振幅(根据径向尺寸)的移动不会导致第一片状件的任何额外的移动。因此，电刷装置可以确保相对优质的接触，甚至在第一片状件是相对非平面的、例如具有相对较差的径向对准的叶片的情况下(有表面缺陷、或在第一圆形元件不圆的情况下)。

有利地，电刷装置可以设计成在该装置的部件之间具有足够的间隙，使得第二片状件可以被驱动相对于第一片状件运动在根据径向方向确定的行进的范围内，而不会驱动第一片状件运动。该行进的范围可以对应于介于0.1mm与1mm之间的距离、有利地介于0.2mm与0.4mm之间、例如0.3mm。因此，只有在第二片状件相对于第一片状件的移位根据径向方向以及从预定范围的端位置而对应的距离大于阈值——例如阈值介于0.01mm与2mm之间、有利地介于100μm与1mm之间、例如500μm——的情况下，第一片状件才可被第二板驱动而运动。电刷装置保持容许具有对应于低于该阈值的振幅的相对运动，这有助于电接触的质量。

特别地，电刷装置可以被设计成使得当第一板将压力传递至第二片状件上时，在第二片状件相对于第一片状件朝向第一可移动元件的相对运动的情况下，第二板和第一片状件的顶部的容许抵靠第二板的(或附接至第一片状件的顶部)的部分可以分离有根据径向方向具有一定厚度的间隙。

该厚度对应于第二片状件相对于第一片状件的准许的行程。该厚度可以选择为例如介于0.1mm与1mm之间、有利地介于0.2mm与0.4mm之间、例如0.3mm，因为已经观察到条的对准偏差对应于高度上的差异通常为大约几百微米。

有利地，第二板可以直接按压在第一片状件上。

替代性地，还可以设置成使得第二板在第一板的上方延伸，从而按压在紧固至第一片状件的该第一板上。

每个板可以包括牢固地固定至相应片状件的侧部面或前部面的附接部以及在另一片状件的顶部的至少一部分的上方沿切向延伸的压力部。

措辞“上方”应在与电刷相关联的参照系而不是在地面参照系中理解。换句话说，无论电刷在地面参照系中如何取向，电刷的顶部表面都位于接触表面的上方。

每个片状件在接触表面与位于顶部的端部处的顶部表面之间延伸。

每个板可以容许抵靠(或固定至)相应的顶部的表面、被称为压力表面。该压力表面可以例如是片状件与该板相对应的一部分或整个顶部表面(例如，第二片状件相对于第一板的情况)。

此外，措辞“上方”还可以理解为“直接的上方”和“间接的上方”，即可以在板与相对应的压力表面之间设置中间层。

片状件可以由相同的材料制成，在这种情况下，我们将称之为分瓣电刷组件，或者可以由不同的材料制成，在这种情况下，我们称之为复合电刷组件、或两级电刷组件。

有利地，并且以非限制性的方式，第二板可以在第一片状件的顶部表面的上方延伸。

替代性地，可以考虑在第一片状件中在顶部处机械加工出槽，该槽在正交于径向方向的平面内延伸，并且在该片状件的前部面或侧部面上敞开，并且第二板的一部分被接纳在该槽中。在该实施方式中，第二板在第一片状件的端部处未抵靠顶部表面，而是抵靠远离该顶部表面的压力表面。第二板在第一片状件的顶部的仅一部分的上方延伸，这是因为第一片状件的顶部的位于槽的上边缘与顶部表面之间的另一部分在第二板的上方。

有利地，并且以非限制性的方式，第二板可以在第一片状件的顶部表面的上方和第二片状件的顶部表面的上方延伸。

有利地，并且以非限制性的方式，第二板可以在第一片状件的顶部表面的上方延伸，并且有利地在第二片状件的足够中心的位置处的上方延伸，使得可以将电缆固定至处于该第二板的任一侧的这些顶部表面。

替代性地，第二板可以在第一片状件的顶部表面和第二片状件的顶部表面的上方延伸，而邻接所述片状件的每个片状件的侧部面。换句话说，第二板可以占据用于电缆的位置并且位于所述片状件的每个片状件上。

因此，应该理解的是，有利的是空出该空间使得每个片状件可以连接至足够数量的电缆、例如两个电缆。

有利地，并且以非限制性的方式，第二板可以在第一板与第一片状件的顶部表面和/或第二片状件的顶部表面之间延伸。因此，在第一板与第一片状件的顶部表面和/或第二片状件的顶部表面之间设置有空间用于插入第二板。例如以上描述的300μm的间隙可以是当板相接触时片状件的顶部表面与第二板之间的间隙。

有利地，可以考虑在第一片状件和/或第二片状件中产生凹口以接纳第二板。更准确地，所述片状件可以限定有凹口用以接纳第二板的压力部。

有利地，并且以非限制性的方式，第一板可以延伸超过第二片状件。此种悬臂式的板在片状件的使用寿命结束时能够避免第一可移动元件相对于任何铆接件的摩擦。在例如电刷架上可以设置凸缘，当所述片状件相对较短时，第一板的该突出端部抵靠该凸缘，由此保持两个片状件离开第一可移动元件。

本发明并不对所述片状件中的每个片状件所选择的材料进行限制。例如，可以使用主要由碳或金属、例如银构成的片状件。因此，一个片状件和/或另一个片状件可以由无定形碳、天然石墨、无定形碳和石墨的混合物(碳石墨电刷)、金属和石墨的混合物、金属-浸渍石墨、石墨和包含合成树脂的粘合剂(通过合成树脂聚结的电刷)、和/或其他材料制成。

接触表面可以是弯曲的或者平面的。

每个片状件的顶部可以具有弯曲的或未弯曲的顶部表面，特别是在圆形顶部的情况下。然而，为片状件设置的带凹口的顶部将是有利的使得板可以被接纳在凹口中。

因此，第一板可以是或可以不是悬臂式的压力板。

有利地，并且以非限制性的方式，第一板和/或第二板可以通过铆接分别固定至第一片状件和第二片状件。

替代性地，即使铆接允许或提供了更好的机械稳定性，也可以提供粘合，这在具有相对较高振动水平的环境中可能特别有益。

有利地，并且以非限制性的方式，电刷装置还可以包括固定到第一片状件和第二片状件的电缆。有利地，该附接可以通过铆接、或甚至通过密封、焊接或其它方式来执行。

有利地，并且以非限制性的方式，可以在第二板的位于第一片状件上方的一个端部处限定有沿具有径向分量的方向延伸的凸缘，并且第一板可以限定有腔以接纳该凸缘，使得当片状件彼此配合时，第一板和第二板也彼此配合。由此可以提高两个片状件的紧固性。

电刷沿径向方向的高度可以为大约几厘米，例如介于1cm与4cm之间。

电刷沿切线方向的厚度可以为大约几厘米，例如介于0.8cm与4cm之间。

还提出了一种包括如上所述的电刷装置的电机。

本发明可以特别应用于运输领域中，特别是在航空航天部门，特别是航空、航天或其他，铁路运输部门或其他部门。更具体地，本发明可以在具有电刷的起动机-发电机中实施。

然而，本发明并不限于在运输领域的该应用。例如，以下描述的所有电刷可以用于叉车或其他机械中。

还提出了在飞行器或航天器例如航天飞机中使用上述电刷装置和/或上述旋转电机。

附图说明

在结合图示出非限制性的且以示例的方式给出的实施方式的附图的情况下，将更好地理解本发明。

图1是根据本发明的实施方式的处于分离状态的电刷装置的示例的一部分的立体图。

图2是根据本发明的另一实施方式的电刷装置的示例的立体图。

图3是根据本发明的实施方式的处于分离状态的电刷装置的示例的立体图。

图4是根据本发明的实施方式的电刷装置的示例的侧视图。

图5是根据本发明的实施方式的电刷装置的示例的俯视图。

贯穿附图可以使相同的附图标记来表示在形式或功能方面相同的或类似的元件。

具体实施方式

图示的电刷装置被设计成用于航空应用的电刷式起动机-发电机。

因此，这些电刷装置、也称为电刷会受到较强烈的振动，并且因为电机可以是一体的或封闭的，所以可能会受到相对较高的温度。这些振动易于导致其他项损坏电机。例如，存在使电刷分离的风险。

有利地，可以考虑将电缆铆接至片状件以限制该风险。

还存在损坏电缆、或者甚至损坏绝缘护套的风险。

另外，所以电刷的前部面、或者有时甚至电刷的侧部面由于电刷在电刷架中的摩擦而可能磨损。

最后，电刷的接触表面和电刷的边缘易于受到相对较高的电磨损，这是因为电刷在换向器上跳跃而引起的电弧，特别是当换向器的条不完全对准时。

分瓣电刷的使用可以很大程度地补偿后者的缺点，因为与换向器的叶片的电接触可以更有效。

参照图1，电刷装置1包括通常相对于彼此放置的第一片状件11和第二片状件12。在图1中，这些片状件11、12处于分离状态。

电刷1的顶部略微倾斜，即，顶部表面31、32与在图1中不可见的接触表面形成小角度。下文所描述的图4示出了具有此种角度的另一电刷示例。这样可以实现更好的机械稳定性。

电缆21、21'、22、22'被铆接至片状件11、12。

第一板41通过铆接被固定至第一片状件11。该第一板41包括被铆接件419紧固至第一片状件的附接部415。

第一板41还包括压力部416，该支承部416与附接部415为一体的并且在片状件11的顶部和片状件12的顶部的上方延伸，使得如果弹簧(未示出)对该压力部416的上部平面表面411施加压力，则第一片状件11由于牢固附接至第一板41而处于该压力下，并且第二片状件12由于压力部416靠抵牢固地固定至第二片状件12的第二板42的平面表面421也处于该压力下。

该第二板42包括由铆接件422固定到第二片状件12的附接部425，以及呈带状的大致形状的压力部426。所述部425、426被制成为一体的。

当片状件11、12被组装时，呈凸片形状的压力部426被容置在第一片状件11的顶部表面31与第一板41的支承部416的同上部平面表面411相反的下部平面表面412之间。因此，如果第二片状件12例如由于振动而被朝向换向器(未示出)驱动，使得第二片状件12趋向于移动远离第一片状件11，则第二板42的平面表面421对第一片状件11的顶部表面31施加压力，使得第一片状件11被朝向换向器驱动。

本发明不限于所使用的压力系统的形式。可以设置弹簧或其他元件。

用于紧固附接部415(相应的425)的铆接件419(相应的422)沿切向延伸以穿过第一片状件11的顶部71(相应的第二片状件12的顶部72)。

这些铆接件419(相应的422)还用于固定电缆21、21'(相应的电缆22、22')。更准确地，在电刷的制造过程期间，在片状件11、12中形成有腔以接纳铆接件419、422。电缆端部围绕铆接件缠绕，然后进行焊接以将电缆和板牢固地固定在片状件上。

第一板41是悬臂式的，使得在使用寿命结束时，形成凸片的部416被阻挡在电刷架的保持架(未示出)上。由于第二板的部426与第一片状件11的配合，因此第二片状件12也保持悬置。

该电刷1对于现有的具有支承板的分瓣电刷而言是有利的，这是由于与这些现有的电刷相比所述片状件的磨损更匀称。对于现有的具有支承板的分瓣电刷，由弹簧施加的压力可能相对地不均匀。第二片状件、所谓的承载片状件可能比第一片状件容许接受更小的压力推力，因而存在第二片状件相对于第一片状件滑移的风险。

因此，通过电刷1降低了在片状件的两个相对的表面之间摩擦磨损的风险。

另外，固定至第二片状件的电缆22、22'将可能处于与现有技术相比更小的应力下。

另外，第二片状件12的电磨损可能小于现有技术中的电磨损，这是由于通过该电刷1避免了过大振幅的相对运动。因此，本发明可以限制换向器的劣化以及发电机的断开连接。

另外，当电刷1达到其使用寿命结束时，即当导引片状件11由按压在电刷架的保持架(未示出)上的第一板41的悬臂端部阻挡时，承载片状件12由于第二板42也保持悬置。

除了上部平面表面411之外，第一板41还限定有从所述表面411突出的两个侧边缘413、414。这些边缘413、414能够将弹簧的端部保持在表面411上。

板41、42占据了片状件11、12的顶部表面上的中央位置，由此空出用于附接电缆21、21'、22、22'的位置。

在图2的实施方式中，在片状件11、12的顶部上设置有凹口491以接纳板42的支承部426。这些凹口形成尺寸与支承部426大致对应的槽。

因此仍然限制压力部426的上升，并且有利地，凹口的高度(根据径向方向)略微大于制造第二板所用的金属板的厚度，使得第二板的支承部426与片状件11、12中的每一者的上部表面齐平。因此，我们可以考虑使用具有相同尺寸的第一板以及与现有技术中相对于第一片状件的相同的位置。

因此，支承部426滑动至位于导引片状件11的顶部上的凹口中。所述两个片状件相对于彼此可以相对良好地调节，并且可以改善在承载片状件12上的弹簧的支承。

还设置有沿径向延伸的另一凹口490，以接纳第二板42的附接部425。

在图3的实施方式中，第二板42的支承部426限定有突出端435，并且第一板41限定有在图3中不可见的凹部以接纳该突出端435。因此，第二板的自由端被弯曲，并且在导引片状件11的板41中设置有使得板41、42彼此配合的结构，由此改善片状件11、12的紧固。

如图4中所示，切口50可以设置在一侧部面上或两侧部面上。

如图4中所示，顶部表面与正交于径向方向的平面(通常是在平面接触表面的情况下的接触表面的平面)之间形成的角度可以为大约15°。

此外，应当指出的是，在该图所图示的示例中，接触表面61、62是弯曲的，片状件11、12定形状成且布置成使得这些面61、62形成在片状件11、12之间具有相对较小不连续性的表面。

如图5中所示，在第一片状件中可以限定有沿径向延伸的凹口118，以接纳第一板41的附接部415。

片状件11、12可由电石墨或金属-石墨材料制成、例如铜-石墨或银-石墨。这些电刷可以被浸渍，尤其是用于航空部门的应用。

因此，本发明可以有助于提高片状件的磨损匀称性，并且因此以相对简单且可靠的方式限制发电机损坏的风险而不会降低电刷的性能特性。

此外，应当指出的是，以上描述的电刷可以与现有技术中已知的滑环兼容。因此，该电刷可以用于代替现有的电刷。

Claims (10)

1.一种电刷装置(1)，所述电刷装置(1)用于在相对于彼此可移动的第一元件与第二元件之间传递电力，所述电刷装置(1)包括：

并排布置的第一片状件(11)和第二片状件(12)，每个片状件在用以相对于可移动的所述第一元件滑动的接触表面与用以电连接至所述第二元件的片状件顶部(71、72)之间沿径向延伸，

第一板(41)，所述第一板(41)仅牢固地固定至所述第一片状件并在所述第二片状件的顶部的至少一部分的上方沿切向延伸，以在压力装置将所述第一板偏置时将压力传递至所述第二片状件，使得所述第一片状件的接触表面和所述第二片状件的接触表面在可移动的所述第一元件上滑动，

其特征在于，所述装置还包括：

与所述第一板不同的第二板(42)，所述第二板(42)仅牢固地固定至所述第二片状件并在所述第一片状件的顶部的至少一部分的上方沿切向延伸，以在所述第二片状件相对于所述第一片状件朝向可移动的所述第一元件相对运动的情况下对所述第一片状件施加压力。

2.根据权利要求1所述的电刷装置(1)，所述装置被设计成使得当所述第一板(41)将压力传递到所述第二片状件(12)上时，在所述第二片状件相对于所述第一片状件相对运动的情况下，所述第二板(42)和所述第一片状件(11)的所述顶部(71)的容许抵靠所述第二板的、或与所述第一片状件(11)的所述顶部(71)成一体的部分(31)能够分离开具有在径向方向上介于100μm与1mm之间的厚度的间隙。

3.根据权利要求1或2所述的电刷装置(1)，其中，每个片状件(11、12)在所述接触表面(61、62)与位于所述顶部(71、72)的端部处的顶部表面(31、32)之间延伸，

其特征在于，

所述第二板(42)在所述第一片状件的所述顶部表面(31)的上方延伸。

4.根据权利要求3所述的电刷装置(1)，其中，所述第二板(42)在所述第一板(41)与所述第一片状件(11)的和所述第二片状件(12)的顶部表面(31、32)之间延伸。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电刷装置(1)，其中，所述第二板(42)包括牢固地固定至所述第二片状件的侧部面或前部面的附接部(425)以及在所述第一片状件(11)的顶部的上方沿切向延伸的压力部(426)，

其特征在于，

所述片状件(11、12)限定有凹口(491)以接纳所述第二板的所述压力部。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的电刷装置(1)，其中，所述第一板(41)是悬臂式的。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的电刷装置(1)，其中，所述第一板(41)和所述第二板(42)通过铆接分别固定至所述第一片状件(11)和所述第二片状件(12)。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的电刷装置(1)，其中，

所述第二板(42)在其位于所述第一片状件上方的一个端部处限定有沿具有径向分量的方向延伸的凸缘(435)，并且

所述第一板限定有腔以接纳所述凸缘，使得当所述片状件(11、12)彼此配合时，所述第一板和所述第二板彼此配合。

9.一种旋转电机，所述旋转电机包括根据权利要求1至8中的任一项所述的电刷装置(1)。

10.根据权利要求1至8中的任一项所述的电刷装置(1)或者根据权利要求9所述的旋转电机在飞行器或航天器中的用途。