CN110462946B - 用于电机的电刷以及用于确定该电刷的磨损的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电机的电刷(10)，所述电刷具有至少一个电刷体(2)，所述电刷体具有电阻，所述电刷体构成为用于电触通在所述电机运行期间相对于所述电刷体(2)运动的至少一个构件并且在所述电机运行期间沿着磨损方向(3)由于与所述构件的摩擦接触而发生磨损，并且所述电刷具有用于确定所述电刷体(2)的磨损的检测装置(4)，其中，所述检测装置(4)具有沿着所述磨损方向(3)彼此间隔开的多个检测区域(11、12、13)，所述检测区域的各个电阻与所述电刷体(2)的电阻不同。

Description

用于电机的电刷以及用于确定该电刷的磨损的方法

技术领域

本发明涉及一种用于尤其是机动车的电机的电刷以及一种用于确定这种电刷的磨损的方法。

背景技术

例如已经从DE 10 2010 031 415 A1中已知这种用于电机的电刷和用于确定这种用于电机的电刷的磨损的方法。例如构成为碳刷的电刷在此包括具有电阻的电刷体。所述电刷体构成为用于电触通电机的至少一个构件，其中，该构件在电机运行期间相对于电刷体运动、尤其是转动。因此例如可以经由电刷体将由第二构件提供的电能传输到第一构件，所述第一构件在电机运行期间相对于电刷体并且相对于第二构件运动、尤其是转动。在此，第一构件例如是电机的换向器或滑环。

为了将电能经由电刷体从第二构件传输到第一构件，所述电刷体接触相对于电刷体运动的构件，使得在电机运行期间由于第一构件相对于电刷体运动并且由于电刷体触碰或接触第一构件而引起电刷体与第一构件发生摩擦接触。由于该摩擦接触，电刷体在电机运行期间沿着磨损方向发生磨损，使得例如由于所提及的磨损，电刷体的沿着磨损方向延伸的长度减小，亦即变小。

在此设有检测装置，借助于所述检测装置能够确定电刷体的磨损。换言之，在所提及的方法的范围中提出，借助于检测装置确定电刷体的磨损。

发明内容

本发明的目的是，研发开始提及类型的电刷和方法，使得能够实现特别有利的磨损识别。

本发明的第一方面涉及一种用于电机的、尤其是机动车的电机的电刷。例如构成为碳刷的电刷包括至少一个电刷体，所述电刷体具有电阻。所述电刷体构成为用于电触通在电机运行期间相对于电刷体运动的至少一个构件、尤其是电机的构件。换言之，在电机完整制成的状态下电刷体接触或触碰所述构件，因此电刷体电触通所述构件。在所提及的电机运行期间，所述构件相对于电刷体运动、尤其是转动。因为电刷体触碰或接触构件，因此在所述构件相对于电刷体运动、尤其是转动期间，所述电刷体与所述构件发生摩擦接触。换言之，所述构件在所述电刷体上摩擦。通过在电刷体和构件之间的这种摩擦接触，能够将电能或电流经由电刷体进而经由电刷从电机的至少一个第二构件传输给第一构件，尤其是在第一构件相对于第二构件以及相对于电刷体运动、尤其是转动期间如此。

将在电刷体和第一构件之间的摩擦接触尤其理解为，如果第一构件在电机运行期间相对于电刷体运动并且在此触碰电刷体，那么在电刷体和第一构件之间发生摩擦。因此发生电刷体的因所谓的摩擦或因所谓的摩擦接触引起的磨损，所述电刷体因此在电机运行期间沿着磨损方向由于与构件的摩擦接触而被磨损。电刷在此包括检测装置，借助于所述检测装置能够确定电刷体的磨损。

为了在此能够特别有利地且尤其是精确地确定或检测电刷体的磨损，根据本发明提出，所述检测装置具有沿着磨损方向彼此间隔开的多个检测区域，所述检测区域的各个电阻与电刷体的电阻不同。如果例如发生电刷体的这种磨损，使得不再是电刷体本身、而是相应的检测区域触碰第一构件，那么例如引起电刷整体的电阻变化。电刷整体的这种电阻变化也被称为电阻改变，其例如能够由检测装置、尤其是通过电压测量来探测。

因为现在设有沿着磨损方向彼此间隔开的多个检测区域，因此每个电阻改变例如表示：电刷体的沿者磨损方向延伸的长度减去一定长度，其中该一定长度对应于在各个检测区域之间的沿着磨损方向延伸的相应间距。因此，在根据本发明的电刷中可以特别精确地确定磨损进而确定电刷或电刷体的沿着磨损方向延伸的长度，从而能够实现特别精确的且尤其是及时的磨损识别和磨损预测。尤其可以确定电刷体的长度随时间的变化，进而确定磨损随时间的变化以及电刷体的长度减小的速度或电刷体磨损的速度，使得例如能够实现磨损预测。在磨损预测的范围内，例如能够前瞻性地确定未来的时间点，在该未来的时间点所述电刷具有这种磨损状态，所述磨损状态例如要求更换电刷。因此例如可以及时或及早地通知电机的用户关于电机的必要维护或修理，从而例如能够在定期的维护间隔期间进行修理，尤其是在电刷达到过度磨损之前进行修理。

本发明在此尤其基于以下认知：电刷，例如电机的碳刷，尤其是他励电机的碳刷，是会磨损的部件。在传统的电机中不可以实现确定碳刷的相应磨损的磨损识别，并且没有提供这种磨损识别。达到相应电刷的磨损极限仅通过例如构成为电动马达的电机的故障才能识别。这表示：能够引起例如作为电动马达和/或作为发电机运行的电机的故障，并且在发电机上的安全负载对于安全的车载能量供应网络是不可行的。现在能够避免这些问题和缺点，使得尤其能够实现用于安全的车载能量供应网络的在发电机上的安全负载。

被证实为特别有利的是，检测区域嵌入电刷体中。因此能够以节省结构空间和低成本的方式来检测电刷体的进而电刷整体的磨损。因此，检测区域是例如构成为碳刷的电刷或电刷体的掺杂物，其中，如果电刷体本身不再接触第一构件，而是相应的检测区域接触第一构件，那么例如会引起电刷整体的电阻变化。在这种情况下能够利用的是，在电机中、尤其是在他励电机中已经能够集成有电压测量装置，所述电压测量装置能够以简单的方式用于识别电阻改变。

被证实为特别有利的是，设有不同的掺杂物。换言之，优选提出，检测区域具有彼此不同的电阻，由此能够特别精确地诊断电刷体的长度。例如如果发生第一检测区域接触第一构件，那么引起第一电阻改变。如果接着例如第二检测区域接触第一构件，那么引起与第一电阻改变不同的第二电阻改变。因为所述电阻改变彼此不同，因此能够根据电阻改变简单地检测：例如首先第一检测区域然后第二检测区域接触第一构件，由此能够特别精确地检测电刷体的长度。因此能够推断出电刷体的磨损。

在本发明的另一实施形式中，所述电刷体由一种材料形成，其中，沿着磨损方向在各个检测区域之间设置有电刷体的相应的由所述材料形成的体部区域。形成电刷体的材料例如为石墨，使得电刷例如构成为碳刷。由于体部区域设置在检测区域之间，所以能够特别精确地确定电刷体直至相应的检测区域的磨损。相应的检测区域例如通过检测元件形成，所述检测元件或检测区域例如经由设置在其之间的体部区域相互连接。

有利地，设有至少三个检测区域，所述检测区域能够成对地具有相同的沿着磨损方向延伸的距彼此的间距。因此能够特别精确地确定电刷体的磨损、尤其是磨损速度。

另一实施形式的特征在于，所述电刷体由作为第一材料的所提及的材料形成，相应的检测区域由与第一材料不同的第二材料形成。因此，电刷体的电阻和相应的检测区域的电阻能够特别明显地彼此不同，使得能够特别精确地检测磨损。

在此被证实为特别有利的是，第一材料尤其是至少主要地或完全地包括石墨。因此，所述电刷体构成为石墨电刷体，使得电刷例如构成为碳刷。

另一实施形式的特征在于，第二材料尤其至少主要地包括金属材料。

为了能够特别精确地检测电刷体的磨损，在本发明的另一设计方案中提出，所述检测区域和电刷体就其电阻而言串联连接。

最终被证实为特别有利的是，检测装置具有评估单元，所述评估单元构成为用于检测通过检测区域的和电刷体的电阻形成的总电阻。在崭新状态下，即，当电刷体尚未磨损或者仅轻微磨损，使得仍然存在所有检测区域时，总电阻例如具有第一值。例如，随着磨损的增加，前面提及的第一检测区域被磨损并且在此被磨除，使得于是电刷至少不再具有第一检测区域。那么，总电阻具有第二值，借助该第二值能够以简单的且低成本的方式确定：电刷体严重磨损以致不再存在第一检测区域，然而仍存在第二检测区域。因此，能够特别精确地推断出电刷体进而电刷整体的磨损状态。

本发明的第二方面涉及一种用于确定电机的电刷、尤其是根据本发明的电刷的磨损的方法。在该方法中，电刷包括至少一个具有电阻的电刷体，所述电刷体电触通在电机运行期间相对于电刷体运动的、尤其转动的至少一个构件、尤其是电机的构件，并且所述电刷体在电机运行期间沿着磨损方向由于与该构件的摩擦接触而发生磨损。此外，在该方法中，所述电刷包括检测装置，借助于所述检测装置确定电刷体的磨损。

为了现在能够特别精确地和以简单的方式确定电刷体的磨损，根据本发明提出，所述检测装置具有多个沿着磨损方向彼此间隔开的检测区域，所述检测区域的各个电阻与电刷体的电阻不同。在此，例如根据通过电刷体和检测区域形成的总电阻来确定电刷体的磨损。因此，借助于检测区域确定电刷体的磨损。本发明的第一方面的优点和有利的设计方案应被视为本发明的第二方面的优点和有利的设计方案，并且反之亦然。

附图说明

本发明的其它细节从下面的借助附图对优选实施例的说明中得出。在此：

图1示出用于电机的电刷的示意俯视图，所述电刷具有电刷体和构成为耐磨柱的检测元件，所述电刷体设有所述检测元件，使得借助磨损元件能够确定电刷体的磨损，其中图1用于阐述本发明的背景；并且

图2示出根据本发明的用于电机的电刷的示意俯视图，所述电刷具有用于确定电刷的电刷体磨损的检测装置，其中所述检测装置具有多个沿着磨损方向彼此间隔开的检测区域。

具体实施方式

图1示出用于电机、尤其是机动车的电机的电刷1的示意性俯视图。机动车例如构成为汽车、尤其构成为轿车并且包括电机。所述电机例如能够在马达运行中运行进而能够作为电动马达运行，使得例如能够借助于电动马达或借助于电机驱动机动车的至少一个车轮并且在此尤其驱动机动车整体。替选地或附加地，所述电机例如能够在发电机运行中运行进而可作为发电机运行。

电刷1具有电刷体2，所述电刷体例如由第一材料形成。所述第一材料例如是石墨，使得例如电刷体2由石墨粉末形成。所述电刷体2在此构成为用于电触通在电机运行期间相对于电刷体2运动、尤其是转动的至少一个第一构件。换言之，电刷体2在电机完整制成的状态下触碰或接触所提及的第一构件，使得电刷体2电触通第一构件。因此例如可以经由电刷体2进而经由电刷1整体将例如由电机的第二构件提供的电能或电流传输到第一构件上。因此，电刷体2是能导电的或电传导的。换言之，第一材料是电传导的，使得由第二构件提供的电流能够经由第一材料传输到第一构件上。

因为所述第一构件在电机运行期间相对于电刷体2运动、尤其是转动，并且因为在此所述电刷体2触碰或接触第一构件，因此发生摩擦接触，进而在第一构件和电刷体2之间发生摩擦。由于电刷体2与第一构件的摩擦接触或者由于所提及的在该构件与电刷体2之间的摩擦，电刷体2在电机运行期间沿着在图1中通过箭头3图解示出的磨损方向发生磨损。在此，电刷体2具有沿着磨损方向或平行于磨损方向延伸的长度，所述长度由于磨损或随着沿磨损方向的磨损的增加而减小，亦即变小。

在此，电刷1包括在图1中特别示意性示出的检测装置4，借助于该检测装置可识别电刷体2的磨损。为此，检测装置4包括磨损元件，所述磨损元件在图1图解示出的实施例中构成为耐磨柱5。在此，所述电刷体2设有耐磨柱5，使得耐磨柱5集成到电刷体2中。

电刷体2具有朝向第一构件的端侧6，电刷体2经由该端侧接触第一构件。随着磨损的增加，端侧6朝向磨损元件(耐磨柱5)的方向逐渐移动。在电刷体2达到其磨损极限之前，将电刷体2沿磨损方向设置在耐磨柱5、尤其是耐磨柱5的其中一个端侧7和第一构件之间。因此，所述电刷体2经由端侧6接触第一构件，并且不经由例如耐磨柱5接触第一构件。

然而，如果电刷体2达到其磨损极限，那么电刷体2本身不再接触第一构件，而是耐磨柱5经由其端侧7与第一构件电触通，使得于是不再是电刷体2、而是耐磨柱5接触第一构件。因此，电刷体2具有这种磨损或者损耗，使得耐磨柱5脱离。因此，例如耐磨柱5提供尤其是电的信号，所述信号例如经由线路8从耐磨柱5传输给检测装置4的评估单元9。借助由耐磨柱5提供的且经由线路8传输给评估单元9的且由评估单元9接收的信号，确定或检测：电刷体2已达到其磨损极限。尤其能够在电机发生故障之前及早检测到电刷体2达到这种磨损极限。

由于检测到电刷体2达到磨损极限，例如能够发出光学和/或声学和/或触觉的信号，尤其是在机动车的内部空间中发出，使得例如能够使停留在机动车内部空间中的人员例如机动车驾驶员注意到电刷体2达到磨损极限。因此，例如能够对电机进行维护或修理，使得例如能够尤其在电机发生故障之前用新的未磨损的电刷更换已磨损的电刷体2或已磨损的电刷1。电刷体2达到磨损极限例如引起电刷1的电阻变化，其中，尤其借助所提及的信号，例如由评估单元9检测电阻。这表示：能够通过检测电刷1的电阻变化推断出电刷体2达到磨损极限。

图2示出用于电机的电刷10，其中，关于电刷1的之前的实施方案就其在电机中的功能而言也能够容易地转用到电刷10上，并且反之亦然。为了现在能够特别精确地和以简单的方式确定电刷10的电刷体2的磨损，所述检测装置4包括沿着磨损方向彼此间隔开的多个检测区域11、12和13，所述检测区域的相应的电阻与电刷体2的电阻不同。在此优选提出，检测区域11、12和13在其电阻方面成对地彼此不同。

在图2图解示出的实施例中，检测区域11、12和13嵌入电刷体2中，其中，沿着在相应的检测区域11和12或12和13之间的磨损方向设置有电刷体2的相应的由第一材料形成的体部区域14或15。相应的检测区域11、12、13例如由与第一材料不同的相应的第二材料形成。替选地或附加地可设想，所述检测区域11、12和13关于其相应的材料成对地彼此不同。在图2中图解示出的实施例中设有三个检测区域11、12和13，所述检测区域成对地具有相同的沿着磨损方向延伸的据彼此的间距。

首先，端侧6由电刷体2的由第一材料形成的体部区域16形成，使得首先体部区域16经由端侧6接触第一构件。因此，首先将体部区域16设置在检测区域11和第一构件之间。这表示：首先电刷体2经由体部区域16或经由端侧6电触通第一构件。如果现在发生电刷10的这种磨损，使得体部区域16被磨除，那么电刷体2本身不再触碰第一构件，而是检测区域11接触或触碰第一构件。因此，例如发生电刷10的第一电阻改变，其中，电刷10的该第一电阻改变、尤其是总电阻的第一变化例如表示：在未磨损的崭新状态下具有初始长度的电刷体2的初始长度的25％被磨除，进而是已磨损的。因此，仍存在初始长度的75％。

如果在电机继续运行期间所述检测区域11和体部区域14被磨损进而被磨除，使得于是检测区域12与第一构件电触通，那么发生电刷10的第二电阻改变。在此，评估单元9能够检测电刷10的相应的电阻改变，使得能够根据第一电阻改变检测体部区域16的磨损以及根据第二电阻改变检测所述检测区域11的和体部区域14的磨损。基于对第二电阻改变的检测能够推断出：电刷体2的初始长度的50％被磨损，使得所述电刷体2于是还具有其初始长度的50％。

如果在电机继续运行中发生电刷10的这种磨损，使得检测区域12和体部区域15被磨损或磨除，从而于是例如所述检测区域13与第一构件尤其是直接的电触通，因此能够借助于评估单元9检测电刷10的第三电阻改变。从该第三电阻改变中能够推断出：仍存在电刷体2的初始长度的25％，使得已经磨损了初始长度的75％。根据对第三电阻改变的检测，例如能够检测：电刷体2已经达到其磨损极限。然后，例如能够输出之前提及的信号，以便例如在电机发生故障之前提示机动车使用者已经达到磨损极限。因此，能够在电机发生故障之前更换电刷1。

例如，检测电刷10的电刷体2的磨损，使得检测区域11、12和13以及电刷体2就其电阻而言串联连接。在这种情况下，例如借助于评估单元9来检测通过检测区域11、12和13的电阻以及通过电刷体2的电阻形成的总电阻，使得例如根据总电阻来检测电刷体2的磨损。这例如这样进行，使得改变总电阻的值，尤其是每次当相应的检测区域11、12或13与第一构件电触通时如此。因为例如检测区域11、12和13的电阻成对地彼此不同，所以相应的变化、尤其是它们的值也成对地彼此不同。因此在用于确定电刷10的磨损的方法的范围中，借助于检测区域11、12和13确定电刷10的、尤其是电刷体2的磨损。

相应的电阻变化例如通过电压测量来探测。例如，相应的电阻变化引起电机的电压变化，其中，该电压变化例如能够通过评估单元9来检测。例如施加在电刷10上的电压例如经由线路8由评估单元9进行监控，使得在电压发生改变时能够推断出相应的检测区域11、12或13与第一构件的电触通。以这种方式能够精确地检测电刷体2的磨损。

总体上可看出，在电刷10中能够实现特别及早的磨损识别和磨损预测。因此，能够特别及早地并且尤其在电机发生故障之前提示电机或机动车的使用者电刷体2的相应的磨损。因此，能够避免电刷体2达到磨损极限或过度超过磨损极限，使得能够避免电机发生故障。这例如能够如下实现：在达到磨损极限或过度超过磨损极限之前，对电机进行维护或修理，其中例如用新的、未磨损的电刷来更换电刷10。此外，能够实现在例如作为发电机运行的电机上的安全负载，由此例如能够实现特别安全的机动车车载能量供应网络。

附图标记列表：

1 电刷

2 电刷体

3 箭头

4 检测装置

5 耐磨柱

6 端侧

7 端侧

8 线路

9 评估单元

10 电刷

11 检测区域

12 检测区域

13 检测区域

14 体部区域

15 体部区域

16 体部区域

Claims (9)

1.一种用于电机的电刷(10)，所述电刷包括至少一个具有电阻的电刷体(2)，所述电刷体构成为用于电触通在所述电机运行期间相对于所述电刷体(2)运动的至少一个构件，并且所述电刷体在所述电机运行期间沿着磨损方向(3)由于与所述构件的摩擦接触而发生磨损，并且所述电刷包括用于确定所述电刷体(2)的磨损的检测装置(4)，

其特征在于，

所述检测装置(4)具有沿着所述磨损方向(3)彼此间隔开的多个检测区域(11、12、13)，所述检测区域的各个电阻与所述电刷体(2)的电阻不同，其中，所述电刷体(2)由一种材料形成，并且沿着所述磨损方向(3)在各个检测区域(11、12、13)之间设置有所述电刷体(2)的由所述材料形成的体部区域(14、15)。

2.根据权利要求1所述的电刷(10)，其特征在于，所述检测区域(11、12、13)嵌入所述电刷体(2)中。

3.根据权利要求1或2所述的电刷(10)，其特征在于，设有至少三个检测区域(11、12、13)，所述检测区域成对地距彼此的沿着所述磨损方向(3)延伸的间距相同。

4.根据权利要求1或2所述的电刷(10)，其特征在于，所述电刷体(2)由第一材料形成，并且各个检测区域(11、12、13)由与所述第一材料不同的第二材料形成。

5.根据权利要求4所述的电刷(10)，其特征在于，所述第一材料包括石墨。

6.根据权利要求4所述的电刷(10)，其特征在于，所述第二材料包括金属材料。

7.根据权利要求1或2所述的电刷(10)，其特征在于，所述检测区域(11、12、13)和所述电刷体(2)就其电阻而言串联连接。

8.根据权利要求1或2所述的电刷(10)，其特征在于，所述检测装置(4)具有评估单元(9)，所述评估单元构成为用于检测由所述检测区域(11、12、13)的和所述电刷体(20)的电阻形成的总电阻。

9.一种用于确定电机的电刷(10)的磨损的方法，其中，所述电刷(10)包括至少一个具有电阻的电刷体(2)，所述电刷体电触通在所述电机运行期间相对于所述电刷体(2)运动的至少一个构件，并且所述电刷体在所述电机运行期间沿着磨损方向(3)由于与该构件的摩擦接触而发生磨损，并且所述电刷包括检测装置(4)，借助于所述检测装置确定所述电刷体(2)的磨损，

其特征在于，

所述检测装置(4)具有多个沿着所述磨损方向(3)彼此间隔开的检测区域(11、12、13)，所述检测区域的各个电阻与所述电刷体(2)的电阻不同，其中，借助于所述检测区域(11、12、13)确定所述电刷体(2)的磨损，其中，所述电刷体(2)由一种材料形成，并且沿着所述磨损方向(3)在各个检测区域(11、12、13)之间设置有所述电刷体(2)的由所述材料形成的体部区域(14、15)。

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