CN108565659B - 电刷组件和电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电刷组件和电机，所述电刷组件包括电刷(1)、电刷套(2)和弹性施压件，所述电刷(1)的一端为内套于所述电刷套(2)的套筒腔中的受压套接端且另一端为从所述电刷套(2)的套筒端面伸出的滑动接触端，所述弹性施压件设置为在所述滑动接触端的磨损过程中对所述受压套接端施加大致恒定的弹性压力。本发明的电刷组件中的弹性施压件能够以大致恒定的弹性压力作用于电刷，使电刷在磨损过程中与换向器之间的接触压力基本保持不变，从而保证电机的持续平稳运转，有效减少由于接触压力不足所产生的电磁火花和工作噪音，从而提高电机的可靠性。

Description

电刷组件和电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体地，涉及一种电刷组件和电机。

背景技术

有刷电机需要通过电刷和换向器之间的滑动摩擦接触以实现绕组电流的换向，从而确保电机的持续平稳运转。而为了确保电刷与换向器之间的良好接触，需要使二者之间保持有一定的接触压力。因此，在现有的有刷电机中，通常在电刷的末端设置有能够施加弹性压力的螺旋式压簧或扭簧，在电刷不断磨损的过程中，该压簧或扭簧始终能够推动电刷抵压于换向器上，从而保证电刷与换向器相互压紧以实现良好导电。

然而，在使用上述的压簧或扭簧对电刷施加弹性压力的情况下，电刷在开始使用至使用寿命结束期间与换向器之间的接触压力变化较大，即接触压力的波动范围较大。对于该接触压力而言，其过大时会造成电刷与换向器之间的摩擦力增加，容易出现电刷磨损变快、寿命变短或者卡死的现象，从而造成电机的发热增加或噪音变大。当该接触压力过小时，则容易出现电刷与换向器接触不良的现象，从而造成电机转速不稳定或产生电磁火花。总之，电刷与换向器之间的接触压力过大或过小均会影响电机的正常工作，即可靠性会大大降低。

因此，现阶段还亟待对电刷组件的结构和性能作更好的优化以解决上述的技术难题。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷或不足，本发明提供了一种电刷组件和电机，能够使电刷在磨损过程中与换向器之间的接触压力保持在较小的波动范围内，有效减少由于接触压力不足所产生的电磁火花和工作噪音，从而提高电机的可靠性。

为实现上述目的，本发明提供了一种电刷组件，所述电刷组件包括电刷、电刷套和弹性施压件，所述电刷的一端为内套于所述电刷套的套筒腔中的受压套接端且另一端为从所述电刷套的套筒端面伸出的滑动接触端，所述弹性施压件设置为在所述滑动接触端的磨损过程中对所述受压套接端施加大致恒定的弹性压力；

所述弹性施压件为涡卷弹簧；所述电刷组件还包括固定设置在所述电刷的侧向的弹簧安装柱，所述弹簧安装柱相对于所述受压套接端更靠近所述滑动接触端设置，所述涡卷弹簧包括卷绕安装于所述弹簧安装柱的固定卷曲段和拉伸延展段，所述拉伸延展段从所述固定卷曲段平行于所述电刷的长度方向伸出且位于所述电刷套的侧向；所述套筒腔的侧壁设有侧壁贯通槽，所述拉伸延展段沿所述侧壁贯通槽的外侧延伸，所述拉伸延展段的末端形成为外翻边端，所述外翻边端穿过所述侧壁贯通槽并连接于所述受压套接端。

优选地，在所述滑动接触端的磨损过程中，所述弹性施压件的弹性压力变化量不大于0.25N。

优选地，所述涡卷弹簧施加于所述受压套接端的初始弹性压力为F，所述弹簧安装柱的半径为R1，所述涡卷弹簧的横截面厚度为h且横截面宽度为b，所述涡卷弹簧的材料许用弯曲应力为σ_p，第一设计常数K1＝2，满足：

优选地，h≥0.1mm，b≥8mm，2.5N≤F≤2.7N，5mm≤R1≤10mm，420MPa≤σ_p≤800Mpa。

优选地，所述涡卷弹簧的总长度为L，且满足：

L＝(π*n*E*b*h³)/(6K2*F*R1)；

其中，n为所述固定卷曲段的卷绕圈的圈数，E为所述涡卷弹簧的材料弹性模量，第二设计常数K2＝1.25。

优选地，n≥4，L≥140mm。

优选地，相邻的所述卷绕圈的径向间距为t，所述拉伸延展段与所述弹簧安装柱的中心轴线在沿所述电刷的宽度方向上的间距为R2，满足：

优选地，10mm≤R2≤15mm，t≥1mm。

优选地，所述涡卷弹簧作用于所述受压套接端的初始转矩不小于25N·mm。

另外，本发明还提供了一种采用了上述的电刷组件的电机。

通过上述技术方案，本发明的电刷组件中的弹性施压件能够作用于电刷的受压套接端，并使该受压套接端在电刷的磨损过程中受到的弹性压力保持大致恒定，从而使电刷与换向器之间的接触压力处于较小的波动范围内，有利于保证电机的持续平稳运转，有效减少由于接触压力不足所产生的电磁火花和工作噪音，从而提高电机的可靠性。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的具体实施方式中的涡卷弹簧的结构示意图；

图2为图1中的涡卷弹簧的横截面示意图；

图3为本发明的具体实施方式中的电刷安装组件的立体图；

图4为图3中的电刷安装组件的结构爆炸图；

图5为图3中的电刷安装组件的侧视图；

图6为图5中的电刷安装组件的剖视图A-A；

图7为图3中的电刷安装组件的第二盒体的侧视图；

图8为图3中的电刷安装组件的第二盒体的俯视图；

图9为图8中的第二盒体的剖视图B-B；

图10为图3中的电刷安装组件的第一盒体的俯视图；

图11为图3中的电刷安装组件的第一盒体的侧视图；

图12为图3中的电刷安装组件的电刷套的俯视图；

图13为图12中的电刷套的剖视图C-C；

图14为图3中的电刷安装组件的电刷套的侧视图；

图15为图3中的电刷安装组件的电刷套的前视图；

图16为采用了本发明的具体实施方式中的电刷安装组件的电机的结构示意图。

附图标记说明：

100 电机

1 电刷 2 电刷套

3 固定安装盒 4 涡卷弹簧

5 换向器 6 端盖总成

21 侧壁贯通槽 22 散热孔

23 卡紧凸起部 31 第一端

32 第二端 33 第一盒体

34 第二盒体 41 固定卷曲段

42 拉伸延展段 43 外翻边端

331 弹簧安装柱 332 定位柱

341 贯穿缺口 342 耳板

343 盒体安装座

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明提供了一种电刷组件，如图1至图6所示，该电刷组件包括电刷1、电刷套2和弹性施压件，电刷1的一端为内套于电刷套2的套筒腔中的受压套接端，另一端为从电刷套2的套筒端面伸出并与换向器滑动接触的滑动接触端。其中，在电刷1的滑动接触端的磨损过程中，弹性施压件施加于受压套接端的弹性压力能够保持大致恒定，即确保滑动接触端与换向器之间的接触压力在电刷1的磨损过程中基本保持不变。

可见，在将电刷1与换向器之间的初始接触压力预设为最佳接触压力后，即使电刷1不断磨损，电刷1与换向器之间的接触压力依然能够保持大致恒定。在电刷1开始使用至使用寿命终结的期间，采用了本发明的电刷组件的电机能够持续平稳地运转，不会出现发热过多、噪音过大或产生电磁火花等影响电机的正常工作的情况，电机的稳定性和可靠性大大提高。

在本发明中，可将弹性施压件在电刷1的实际磨损过程中对受压套接端所施加的弹性压力的变化量优选设置为不大于0.25N，该变化量相对于最佳接触压力而言可以忽略不计，即确保了接触压力的大致恒定。

在本发明的一种优选实施方式中，可将弹性施压件设置为涡卷弹簧4，并且该涡卷弹簧4能够固定于电机的固定部上，该固定部可以是电刷组件中的固定结构，也可以是电机中的其他固定结构。

具体地，电刷组件还包括固定设置在电刷1的侧向的弹簧安装柱331，该弹簧安装柱331相对于受压套接端而言更靠近滑动接触端设置。涡卷弹簧4可包括卷绕安装于该弹簧安装柱331上的固定卷曲段41以及从固定卷曲段41平行于电刷1的长度方向伸出的拉伸延展段42，该拉伸延展段42的末端连接于受压套接端。

由于涡卷弹簧的固定卷曲段41处于弹性卷曲状态，其产生的转矩能够通过拉伸延展段42传递，并以弹性压力的形式作用于电刷1的受压套接端上，从而使电刷1的滑动接触端始终抵压于换向器，实现电刷1与换向器之间的滑动接触导电。

选取涡卷弹簧4作为上述的弹性施压件的原因在于，涡卷弹簧4的固定卷曲段41的卷绕圈数通常较多，意味着涡卷弹簧4的变形角较大，储存的能量较多。当电刷1产生磨损致使长度变短时，涡卷弹簧的变形角会相应地缓慢变化，同时涡卷弹簧4的转矩变化较小，电刷1与换向器之间的接触压力波动较小，从而达到接触压力基本保持恒定的效果。当然，本发明的电刷组件中的弹性施压件还可选取具有其他结构或形状的恒压弹性件，此处的涡卷弹簧4仅用于解释说明本发明，而不应被理解为是用于对本发明的限制。

具体地，在选取涡卷弹簧4作为本发明的电刷组件中的弹性施压件后，还可根据以下设计思路来选取涡卷弹簧4的各参数的合理值。

首先，可通过下列公式求出涡卷弹簧4的横截面厚度h：

其中，F为涡卷弹簧4施加于受压套接端的初始弹性压力，R1为弹簧安装柱331的半径，b为涡卷弹簧4的横截面宽度，σ_p为涡卷弹簧4的材料许用弯曲应力，K1为第一设计常数且K1＝2，F、R1、b、σ_p均为预设值。

优选地，h≥0.1mm，b≥8mm，2.5N≤F≤2.7N，5mm≤R1≤10mm，420MPa≤σ_p≤800Mpa，且优选地，h＝0.15mm，b＝10mm。

然后，可通过下列公式求出涡卷弹簧4的总长度L：

L＝(π*n*E*b*h³)/(6K2*F*R1)；

其中，n为固定卷曲段41的卷绕圈数，E为涡卷弹簧4的材料弹性模量(可根据工况选择涡卷弹簧4的材质，进而确定材料弹性模量E)，K2为第二设计常数且K2＝1.25，n、E均为预设值。

优选地，n≥4，L≥140mm，且更优选地，4≤n≤8，150mm≤L≤170mm。

最后，可通过下列公式求出固定卷曲段41中相邻的卷绕圈的径向间距t：

其中，R2为拉伸延展段42与弹簧安装柱331的中心轴线在沿电刷1的宽度方向上的间距。

优选地，10mm≤R2≤15mm，1mm≤t≤2.5mm，且更优选地，1mm≤t≤1.5mm。

通过上述设计步骤，可根据实际情况，先确定F、R1、b、σ_p、n、E的预设值，并根据设计常数K1和K2，依次求出涡卷弹簧4的横截面厚度h、涡卷弹簧4的总长度L以及固定卷曲段41中相邻的卷绕圈的径向间距t的取值范围，最后在上述的优选值范围中选取h、L和t的合理值，从而完成涡卷弹簧4的各参数的设定。

进一步地，还可以限定涡卷弹簧4作用于受压套接端的初始转矩不小于25N·mm，以确保涡卷弹簧的变形角在电刷1的磨损过程中是缓慢变化的，从而确保电刷1与换向器之间的接触压力保持大致恒定，提高电机的工作稳定性和可靠性。

本发明还提供了一种电刷安装组件，如图3至图11所示，该电刷安装组件包括固定安装盒3、设置于固定安装盒3的盒腔中的电刷1以及安装于固定安装盒3的上述弹性施压件。由上述可知，该弹性施压件能够在电刷1的接触磨损过程中对电刷1施加大致恒定的弹性压力，以此保证电机的稳定性和可靠性。

优选地，上述弹簧安装柱331可设置在固定安装盒3上，此时固定卷曲段41卷绕安装于弹簧安装柱331上，拉伸延展段42从固定卷曲段41平行于电刷1的长度方向伸出且末端连接于电刷1的受压端(即上述的受压套接端)。

可见，由于弹簧安装柱331设置在固定安装盒3上，在电机的组装过程中，可先将涡卷弹簧4安装至固定安装盒3上，再将电刷安装组件整体安装至电机上。该结构有利于简化涡卷弹簧4的安装方式，进而提高电刷安装组件的安装效率。

进一步地，可将弹簧安装柱331固定设置于固定安装盒3的外侧部，此时固定安装盒3的外侧部设有贯穿缺口341，涡卷弹簧4的拉伸延展段42能够从该贯穿缺口341伸入盒腔内以连接于电刷1。此外，电刷1的滑动套接端从盒腔的第一端31伸出，弹簧安装柱331可更优选地设置在第一端31的外侧部，此时拉伸延展段42朝向盒腔的第二端32延伸，即拉伸延展段42在盒腔的第一端31与第二端32之间且处于弹性拉直状态，以此对电刷1的受压套接端产生弹性压力。

为简化装配以提高固定安装盒3的生产效率，在本发明的一种优选实施方式中，固定安装盒3可包括相互扣合的第一盒体33和第二盒体34。其中，弹簧安装柱331固定设置在第一盒体33的外侧部上并朝向第二盒体34伸出，第二盒体34的外侧部伸出有耳板342，弹簧安装柱331与耳板342上的耳板孔插接配合。此外，第一盒体33设有远离第二盒体34伸出的定位柱332，该定位柱332能够与设置在电机的其他固定结构中的定位孔插接配合，并且第二盒体34的两个外侧部还分别设有盒体安装座343，该盒体安装座343中设有盒体安装孔，该盒体安装孔能够与电机的其他固定结构中的安装孔对齐，并通过螺钉等紧固件旋紧。

通过设置上述结构，在安装设有第一盒体33和第二盒体34的电刷安装组件时，可先将电刷1内套于电刷套2的套筒腔中，紧接着将内套有电刷1的电刷套2安装至第二盒体34的盒腔中，同时将第一盒体33通过定位柱332定位插接于电机中，然后将第一盒体33与第二盒体34相互扣合，此时第一盒体33中的弹簧安装柱331能够插装于第二盒体34中的耳板342的耳板孔中，最后可通过螺钉等紧固件将第二盒体34中的盒体安装孔与电机中的其他固定结构中的安装孔旋紧，从而实现整个电刷安装组件的组装以及固定。该组装过程操作简单，能够有效提高电刷安装组件的安装效率，从而节省生产成本。

需要说明的是，本发明的电刷安装组件中的弹簧安装柱331能够只设置在第一盒体33的一个外侧部上，也能够同时设置在第一盒体33的两个外侧部上，相应地，涡卷弹簧4的个数可以为一个或两个。此时，第二盒体34的两个外侧部相应地均设置有耳板342以及耳板342上的耳板孔。

进一步地，由于电刷1内套于电刷套2的电刷槽(即上述的套筒腔)中并能够沿电刷槽的长度方向滑移，为避免拉伸延展段42与电刷1的直接接触以防止电刷1卡死，可在电刷槽的侧壁设置沿长度方向延伸的侧壁贯通槽21。此时，拉伸延展段42能够沿侧壁贯通槽21的外侧延伸，且拉伸延展段42的末端形成为外翻边端43，该外翻边端43能够穿过侧壁贯通槽21并连接于电刷1的末端，从而隔开拉伸延展段42与电刷1，提高电刷1的工作可靠性。

如图12至图15所示，电刷套2的外周壁上设有多个散热孔22，能够确保电刷1在与换向器滑动摩擦接触的过程中的快速散热。如图9和图15所示，电刷套2的外周壁上还设有多个卡紧凸起部23，多个卡紧凸起部23能够确保电刷套2卡紧于第二盒体34的盒腔中，从而提高电刷套2与第二盒体34之间的装配稳定性。

本发明还提供了一种采用了上述的电刷安装组件的电机100，如图16所示，该电机100包括换向器5和端盖总成6。其中，电刷安装组件可通过第二盒体34中的盒体安装座343固定安装于端盖总成6上，电刷1的滑动接触端与换向器5滑动接触，且二者在滑动摩擦过程中始终具有大致恒定的接触压力。可见，本发明的电机具有工作噪音小且工作可靠性高等优点。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种电刷组件，其特征在于，所述电刷组件包括电刷(1)、电刷套(2)和弹性施压件，所述电刷(1)的一端为内套于所述电刷套(2)的套筒腔中的受压套接端且另一端为从所述电刷套(2)的套筒端面伸出的滑动接触端，所述弹性施压件设置为在所述滑动接触端的磨损过程中对所述受压套接端施加大致恒定的弹性压力；

所述弹性施压件为涡卷弹簧(4)；所述电刷组件还包括固定设置在所述电刷(1)的侧向的弹簧安装柱(331)，所述弹簧安装柱(331)相对于所述受压套接端更靠近所述滑动接触端设置，所述涡卷弹簧(4)包括卷绕安装于所述弹簧安装柱(331)的固定卷曲段(41)和拉伸延展段(42)，所述拉伸延展段(42)从所述固定卷曲段(41)平行于所述电刷(1)的长度方向伸出且位于所述电刷套(2)的侧向；所述套筒腔的侧壁设有侧壁贯通槽(21)，所述拉伸延展段(42)沿所述侧壁贯通槽(21)的外侧延伸，所述拉伸延展段(42)的末端形成为外翻边端(43)，所述外翻边端(43)穿过所述侧壁贯通槽(21)并连接于所述受压套接端。

2.根据权利要求1所述的电刷组件，其特征在于，在所述滑动接触端的磨损过程中，所述弹性施压件的弹性压力变化量不大于0.25N。

3.根据权利要求1所述的电刷组件，其特征在于，所述涡卷弹簧(4)施加于所述受压套接端的初始弹性压力为F，所述弹簧安装柱(331)的半径为R1，所述涡卷弹簧(4)的横截面厚度为h且横截面宽度为b，所述涡卷弹簧(4)的材料许用弯曲应力为σ_p，第一设计常数K1＝2，满足：

4.根据权利要求3所述的电刷组件，其特征在于，h≥0.1mm，b≥8mm，2.5N≤F≤2.7N，5mm≤R1≤10mm，420MPa≤σ_p≤800MPa。

5.根据权利要求3所述的电刷组件，其特征在于，所述涡卷弹簧(4)的总长度为L，且满足：L＝(π*n*E*b*h³)/(6K2*F*R1)；

其中，n为所述固定卷曲段(41)的卷绕圈的圈数，E为所述涡卷弹簧(4)的材料弹性模量，第二设计常数K2＝1.25。

6.根据权利要求5所述的电刷组件，其特征在于，n≥4，L≥140mm。

7.根据权利要求5所述的电刷组件，其特征在于，相邻的所述卷绕圈的径向间距为t，所述拉伸延展段(42)与所述弹簧安装柱(331)的中心轴线在沿所述电刷(1)的宽度方向上的间距为R2，满足：

8.根据权利要求7所述的电刷组件，其特征在于，10mm≤R2≤15mm，t≥1mm。

9.根据权利要求1所述的电刷组件，其特征在于，所述涡卷弹簧(4)作用于所述受压套接端的初始转矩不小于25N·mm。

10.一种电机，其特征在于，所述电机(100)包括根据权利要求1～9中任意一项所述的电刷组件。