CN112671178B - 碳刷组件、直流电机及碳刷组件的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机技术领域，公开了一种碳刷组件、直流电机及碳刷组件的制作方法。所述碳刷组件包括弹臂架、弹臂及碳刷。其中，弹臂架可安装于电机胶盖内；弹臂连接于弹臂架上，且弹臂上设有凹槽；碳刷设置于弹臂上，且位于凹槽远离弹臂架的一侧。本发明提供的碳刷组件可安装于直流电机内，实现直流电机内电流方向的转换，能够有效解决共振及噪声问题。

Description

碳刷组件、直流电机及碳刷组件的制作方法

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种碳刷组件、直流电机及碳刷组件的制作方法。

背景技术

碳刷是电机传导电流的滑动接触体，在直流电机中，碳刷主要用于在定子和转子之间传递电能。

如申请号为201921189233.5的中国实用新型专利，公开了一种碳刷组件及电机，其中，碳刷组件包括碳刷、刷臂和接电片，碳刷安装在刷臂上，刷臂能够将碳刷压在电机转向器的圆周面上，且接电片和刷臂能够导电，导线上的电流能够通过接电片和刷臂传递至碳刷，上述碳刷组件能够简化电机的组装工艺，提高电机的生产效率。然而，发明人发现，上述碳刷组件在使用时，随着马达的运转及转子的转动，碳刷与转子的换向器及滑环间会发生相对滑动，使得碳刷触头与换向器间会发生过槽摩擦，产生振动激励，从而引起碳刷组件—尤其是刷臂的共振，产生较大噪声，且会影响电机的正常使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳刷组件、直流电机及碳刷组件的制作方法，以解决相关技术中碳刷组件及安装有碳刷组件的直流电机在使用时容易出现共振、产生噪声的技术问题。

为解决上述问题，第一方面，本发明公开了一种碳刷组件，包括：

弹臂架，可安装于电机胶盖内；

弹臂，连接于所述弹臂架上，所述弹臂上设有凹槽；

碳刷，设置于所述弹臂上，且位于所述凹槽远离所述弹臂架的一侧。

进一步地，所述凹槽为冲压凹槽，所述凹槽的深度为0.8mm～1.2mm。

进一步地，在与所述凹槽深度方向相垂直的平面上，所述凹槽的截面为圆形、方形、矩形、三角形或X形。

进一步地，所述弹臂为L形弹片，所述弹臂包括一短边、一长边及连接于所述短边与所述长边之间的弧形连接部，所述凹槽及所述碳刷设置于所述长边上，所述短边安装于所述弹臂架上，且所述碳刷与所述短边位于所述长边的同一个表面上。

进一步地，所述长边上还形成有第一弯折部，所述第一弯折部位于所述碳刷及所述凹槽之间，且朝向所述碳刷所在的一面弯折，所述第一弯折部的弯折角度为150°～170°。

进一步地，所述弹臂的短边及所述弹臂架上均开设有固定孔，所述弹臂的短边通过穿设于所述固定孔中的铆钉固定于所述弹臂架上。

进一步地，所述弹臂架用于安装所述弹臂的一端形成有第二弯折部，所述第二弯折部朝向所述弹臂所在的一面弯折，且所述第二弯折部的弯折角度为75°；所述弧形连接部的弯折角度为75°，所述弧形连接部与所述第二弯折部相抵接。

进一步地，所述弹臂架为黄铜片，所述弹臂架的厚度为0.5mm。

进一步地，所述弹臂为紫铜合金片，所述弹臂的厚度为0.1mm。

本发明提供的碳刷组件，通过在弹臂上开设凹槽，使得弹臂在凹槽位置处产生弯曲变形，能够有效提升凹槽位置处弹臂的刚度，从而能够有效改善弹臂共振问题。通过改善弹臂的共振，能够减小碳刷与电机换向器间的振动，进而减小使用噪声，确保碳刷组件及安装此碳刷组件的直流电机能够正常使用。采用上述结构设计的碳刷组件，在不额外增加零件的前提下，既保证了碳刷组件的导电性能不受影响，还有效提升了碳刷组件的抗共振性能，解决了因共振而产生的噪声问题。

第二方面，本发明还公开了一种直流电机，包括第一方面中所述的碳刷组件。

本发明提供的直流电机，通过在碳刷组件的弹臂上开设凹槽，使得弹臂在凹槽位置处产生弯曲变形，能够有效提升弹臂的刚度，进而有效改善碳刷组件的共振问题。通过改善碳刷组件的共振，能够有效减小碳刷与电机换向器间的振动，进而减小直流电机使用过程中的噪声，确保直流电机能够正常使用。

第三方便，本发明还公开了一种碳刷组件的制作方法，所述碳刷组件包括弹臂架、弹臂及碳刷，所述弹臂上设有凹槽，所述制作方法包括：

对所述碳刷组件进行试验模态分析测试，确定所述弹臂振幅最大处；

在所述弹臂振幅最大处开设所述凹槽。

本发明提供的碳刷组件的制作方法，通过对碳刷组件进行试验模态分析测试，可以确定弹臂振幅最大位置处，并在振幅最大位置处开设凹槽，能够有效提升弹臂的刚度，从而能够有效改善弹臂的共振问题。通过改善弹臂的共振，能够减小碳刷与电机换向器间的振动，进而减小使用噪声，确保碳刷组件及安装此碳刷组件的直流电机能够正常使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种碳刷组件的结构示意图；

图2为图1所示碳刷组件中弹臂架的结构示意图；

图3为图1所示碳刷组件中弹臂的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的又一种碳刷组件的结构示意图；

图5为图4所示碳刷组件中弹臂的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的再一种碳刷组件的结构示意图；

图7为图6所示碳刷组件中弹臂的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的碳刷组件的制作方法的流程图。

图中标记的含义为：

100、碳刷组件；

10、弹臂架；11、第二弯折部；12、U形槽；

20、弹臂；21、短边；22、长边；23、弧形连接部；221、凹槽；222、卡接孔；223、卡接片；224、第一弯折部；225、第三弯折部；

30、碳刷；

40、固定孔；41、铆钉。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图即实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以是直接或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

第一方面，本发明实施例提供了一种碳刷组件。如图1、图2和图3所示，碳刷组件100包括弹臂架10、弹臂20及碳刷30。其中，弹臂架10可安装于电机胶盖内。弹臂20连接于弹臂架10上，且弹臂20上设有凹槽221。碳刷30设置于弹臂20上，且位于凹槽221远离弹臂架10的一侧。

上述碳刷组件100可安装于直流电机内，用于把直流电压、直流电流引入或引出。具体地，在使用时，可将弹臂架10安装于电机胶盖内，并通过弹臂20将碳刷30按压至电机换向器的圆周面上。电机运转时，换向器与碳刷30滑动接触并导电，随着转子不停转动交替接触固定的碳刷30，能够实现转子线圈中电流方向的转换。

本发明提供的碳刷组件100，通过在弹臂20上开设凹槽221，使得弹臂20在凹槽221位置处产生弯曲变形，能够有效提升凹槽221位置处弹臂20的刚度，从而能够有效改善弹臂20共振问题。通过改善弹臂20的共振，能够减小碳刷30与电机换向器间的振动，进而减小使用噪声，确保碳刷组件100及安装此碳刷组件100的直流电机能够正常使用。采用上述结构设计的碳刷组件100，在不额外增加零件的前提下，既保证了碳刷组件100的导电性能不受影响，还有效提升了碳刷组件100的抗共振性能，解决了因共振而产生的噪声问题。

需要说明的是，上述碳刷组件100在使用时，弹臂架10需要安装入电机胶盖内，约束刚度大，不易发生共振；碳刷30一般由石墨和其它材料烧结而成，整体为六面体块状结构，刚度较大，也不易发生共振。

在本发明提供的一个实施例中，凹槽221为冲压凹槽221。利用冲模及冲压设备制作凹槽221，操作简单，效率高，且材料消耗少。

可选地，凹槽221的深度为0.8mm～1.2mm。

需要说明的是，凹槽221的具体尺寸和位置应根据弹臂20共振的模态振型和频率，通过有限元分析计算进行确定。设计凹槽221时，还应确保凹槽221不会与弹臂20的原始弯折、翻边等结构以及其他配合使用的元件间产生干涉。

其中，根据弹臂20的模态振型不同，凹槽221的形状也不唯一。

例如，在本发明提供的一个实施例中，若弹臂20存在一阶弯曲共振而产生振动噪声，如图1和图3所示，在与凹槽221的深度方向相垂直的平面上，凹槽221的截面可设计为圆形。

例如，在本发明提供的一个实施例中，若弹臂20存在二阶弯曲共振而产生振动噪声，如图4和图5所示，在与凹槽221的深度方向相垂直的平面上，凹槽221的截面可设计为方形。

例如，在本发明提供的一个实施例中，若弹臂20存在二阶扭转共振而产生振动噪声，如图6和图7所示，在与凹槽221的深度方向相垂直的平面上，凹槽221的截面可设计为X形。

当然，在其他实施例中，在与凹槽221的深度方向相垂直的平面上，凹槽221的截面还可以为矩形或三角形，具体可视情况而定，在此不做限定。

在本发明提供的一个实施例中，如图1和图3所示，弹臂20为L形弹片，弹臂20包括一短边21、一长边22及连接于短边21与长边22之间的弧形连接部23，凹槽221及碳刷30设置于长边22上，短边21安装于弹臂架10上，且碳刷30与短边21位于长边22的同一个表面上。

如图1和图3所示，碳刷30为一凸形块状零件，弹臂20的长边22上设有与碳刷30凸起侧配合卡接的卡接孔222。采用卡接方式将碳刷30固定至弹臂20上，拆装方便，易于更换。

为保证卡接孔222的固定效果，在本发明提供的一个实施例中，如图1和图3所示，卡接孔222为方形喇叭状卡孔，卡接孔222的边缘上还设有可按压碳刷30的卡接片223。

为进一步提升弹臂20的抗共振性能，在本发明提供的一个实施例中，如图1和图3所示，弹臂20的长边22上还形成有第一弯折部224，第一弯折部224位于碳刷30及凹槽221之间，且朝向碳刷30所在的一面弯折，第一弯折部224的弯折角度为160°。通过设计第一弯折部224，能够提升弹臂20的长边22的弯曲变形，并形成凹槽221预应力区域，从而有效增强弹臂20的刚度，提升其抗共振性能。另外，第一弯折部224朝向碳刷30所在的一面弯折，还能保证弹臂20对碳刷30的按压效果，确保碳刷30在使用时能够被牢固按压至电机换向器的圆周面上。

当然，在一些实施例中，第一弯折部224的弯折角度还可以为150°-170°内任意值，在此不做具体限定。

为方便连接弹臂20及弹臂架10，在本发明提供的一个实施例中，如图1、图2和图3所示，弹臂20的短边21及弹臂架10上均开设有固定孔40，弹臂20的短边21通过穿设于固定孔40中的铆钉41固定于弹臂架10上。铆钉41连接塑性及韧性好，可靠性高，拆装方便，易于检查。

为进一步提升弹臂20的抗共振性能，在本发明提供的一个实施例中，如图1、图2和图3所示，弹臂架10用于安装弹臂20的一端形成有第二弯折部11，第二弯折部11朝向弹臂20所在的一面弯折，且第二弯折部11的弯折角度为75°，弧形连接部23的弯折角度为75°，弧形连接部23与第二弯折部11相抵接。通过设计第二弯折部11及弧形连接部23，能够在弹臂架10及弹臂20上形成凹槽221预应力区域，从而有效增强弹臂20的刚度，提升其抗共振性能。另外，弹臂架10的第二弯折部11与弹臂20的弧形连接部23相抵接，还能够有效提升碳刷组件100弯折处的强度，降低其使用过程中损坏风险。

需要说明的是，如图1和图2所示，弹臂架10上远离第二弯折部11的一端还形成有一U形槽12，该U形槽12由三个90°弯折角组成，其槽口位于背离弹臂20的一面，该U形槽12用于安装固定弹臂架10。

为进一步提升弹臂20的抗共振性能，在本发明提供的一个实施例中，如图1和图3所示，弹臂20的长边22上还形成有第三弯折部225，第三弯折部225位于凹槽221及弧形连接部23之间，且朝向背离碳刷30所在的一面弯折，第三弯折部225的弯折角度为160°。通过设计第三弯折部225，能够提升弹臂20的长边22的弯曲变形，并形成凹槽221预应力区域，从而有效增强弹臂20的刚度，提升其抗共振性能。

当然，在一些实施例中，第三弯折部225的弯折角度还可以为150°-170°内任意值，在此不做具体限定。

在本发明提供的一个实施例中，弹臂架10为黄铜片，且弹臂架10的厚度为0.5mm。黄铜材质具有较高的强度和良好的塑性，采用黄铜材质制成的弹臂架10结构稳定，不易变形。

在本发明提供的一个实施例中，弹臂20为紫铜合金片，弹臂20的厚度为0.1mm。紫铜合金材质具有良好的导电性及导热性，可以较快地将碳刷30转动产生的热量导出。

第二方面，本发明实施例还提供了一种直流电机，包括如第一方面中的碳刷组件100。

本发明实施例提供的直流电机，内部装设有碳刷组件100，其中，碳刷组件100的弹臂架10安装于电机胶盖内，碳刷30在弹臂20的作用下被按压至电机换向器的圆周面上。上述直流电机运转时，换向器与碳刷30滑动接触并导电，随着转子不停转动交替接触固定的碳刷30，能够实现转子线圈中电流方向的转换。

本发明提供的直流电机，通过在碳刷组件100的弹臂20上开设凹槽221，使得弹臂20在凹槽221位置处产生弯曲变形，能够有效提升弹臂20的刚度，进而有效改善碳刷组件100的共振问题。通过改善碳刷组件100的共振，能够有效减小碳刷30与电机换向器间的振动，进而减小直流电机使用过程中的噪声，确保直流电机能够正常使用。

第三方面，本发明实施例还提供了一种碳刷组件100的制作方法，其中，碳刷组件100包括弹臂架10、设置于弹臂架10上的弹臂20及设置弹臂20上的碳刷30，弹臂20上还设有凹槽221。如图1和图8所示，上述碳刷组件100的制作方法包括：

S1：对碳刷组件100进行试验模态分析测试，确定弹臂20振幅最大位置处。

其中，通过对碳刷组件100进行试验模态分析测试，能够确定弹臂20的共振频率及共振的振型，即能确定模态振型，从而能够确定弹臂20振幅最大位置处。通过改善优化弹臂20振幅最大位置处结构，能够有效提升弹臂20的抗共振性能。

需要说明的是，碳刷组件100在使用时，弹臂架10需要安装入电机胶盖内，约束刚度大，不易发生共振；碳刷30一般由石墨和其它材料烧结而成，整体为六面体块状结构，刚度较大，也不易发生共振。

S2：在弹臂20振幅最大处开设凹槽221。

根据弹臂20的模态振型不同，凹槽221的形状也不唯一。例如，若弹臂20存在一阶弯曲共振而产生振动噪声，在与凹槽221的深度方向相垂直的平面上，凹槽221的截面可以为圆形；若弹臂20存在二阶弯曲共振而产生振动噪声，在与凹槽221的深度方向相垂直的平面上，凹槽221的截面可以为方形；若弹臂20存在二阶扭转共振而产生振动噪声，在与凹槽221的深度方向相垂直的平面上，凹槽221的截面可以为X形。当然，在其他实施例中，在与凹槽221的深度方向相垂直的平面上，凹槽221的截面还可以为矩形或三角形，具体可视情况而定，在此不做限定。

本发明提供的碳刷组件100的制作方法，通过对碳刷组件100进行试验模态分析测试，可以确定弹臂20振幅最大位置处，并在振幅最大位置处开设凹槽221，能够有效提升弹臂20的刚度，从而能够有效改善弹臂20的共振问题。通过改善弹臂20的共振，能够减小碳刷30与电机换向器间的振动，进而减小使用噪声，确保碳刷组件100及安装此碳刷组件100的直流电机能够正常使用。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种碳刷组件，其特征在于，包括：

弹臂架，可安装于电机胶盖内；

弹臂，连接于所述弹臂架上，所述弹臂上设有凹槽，在与所述凹槽深度方向相垂直的平面上，所述凹槽的截面为圆形、方形、三角形或X形；

碳刷，设置于所述弹臂上，且位于所述凹槽远离所述弹臂架的一侧。

2.根据权利要求1所述的碳刷组件，其特征在于，所述凹槽为冲压凹槽，所述凹槽的深度为0.8mm~1.2mm。

3.根据权利要求1所述的碳刷组件，其特征在于，所述弹臂为L形弹片，所述弹臂包括一短边、一长边及连接于所述短边与所述长边之间的弧形连接部，所述凹槽及所述碳刷设置于所述长边上，所述短边安装于所述弹臂架上，且所述碳刷与所述短边位于所述长边的同一个表面上。

4.根据权利要求3所述的碳刷组件，其特征在于，所述长边上还形成有第一弯折部，所述第一弯折部位于所述碳刷及所述凹槽之间，且朝向所述碳刷所在的一面弯折，所述第一弯折部的弯折角度为150°~170°。

5.根据权利要求3所述的碳刷组件，其特征在于，所述弹臂的短边及所述弹臂架上均开设有固定孔，所述弹臂的短边通过穿设于所述固定孔中的铆钉固定于所述弹臂架上。

6.根据权利要求3所述的碳刷组件，其特征在于，所述弹臂架用于安装所述弹臂的一端形成有第二弯折部，所述第二弯折部朝向所述弹臂所在的一面弯折，且所述第二弯折部的弯折角度为75°；

所述弧形连接部的弯折角度为75°，所述弧形连接部与所述第二弯折部相抵接。

7.根据权利要求1所述的碳刷组件，其特征在于，所述弹臂架为黄铜片，所述弹臂架的厚度为0.5mm；

所述弹臂为紫铜合金片，所述弹臂的厚度为0.1mm。

8.一种直流电机，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的碳刷组件。

9.一种碳刷组件的制作方法，其特征在于，所述碳刷组件包括弹臂架、弹臂及碳刷，所述弹臂上设有凹槽，所述制作方法包括：

对所述碳刷组件进行试验模态分析测试，确定所述弹臂振幅最大处；

在所述弹臂振幅最大处开设所述凹槽。

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