CN1320575C - 制造一种电刷装置的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制造一种电刷装置(30)的方法，这种电刷装置具有一个电刷(20)和一个电刷架(10)，它用于一种电动机械，尤其用于一种具有一个换向器的电动机，其中(i)电刷(20)和电刷架(10)连接在一起，因此在至少一个空间方向上在二者之间有一个间隙(S)，(ii)电刷架在这空间方向上发生变形，直至间隙(S)消失。此外还提供一种装置(1)用于制造这种电刷装置(30)，装置(1)有一个凸模(2)和一个凹模(3)用于使电刷架(10)变形，其中凸模(2)和凹模(3)布置成可相对转动。

Description

制造一种电刷装置的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于制造一种具有一个电刷和一个电刷架的电刷装置的方法和装置。电刷装置用于一种电动机械，例如用于一种具有一个换向器的电动机。

背景技术

通常由碳制成的电刷在电动机械里用于在一个通常固定的部件，定子和一个运动的部件，转子之间形成一种电接触。在电动机中电刷就在供电或者外接线和转子的绕组之间建立一种接触。此处电刷与一个集流器，转子上的换向器处于滑动接触。换向器具有薄片，电刷在这些薄片上沿着滑动用于形成电接触。

已知有不同结构形式的电刷。一种结构形式是：电刷在一个空间固定的，也称为电刷筒套或电刷套筒的电刷架里滑动导向。电刷在向着换向器的方向上用弹簧加载。因此，确保了电刷在基本保持相同的压紧力而且电刷为了补偿其产生的磨损在电刷简套之内进行跟踪。但由以前的制造方法得出的电刷经常在筒套和碳电刷之间有一个较大的侧向间隙。这造成了在电动机运行时产生一种不利的噪声，也就是说当电刷出现在换向器上在一个薄片端上时，由于电刷挡在筒套的内壁上而引起。此处每个薄片的电刷分别挡在筒套里两次。以前的解决办法是：在车削之后还对设有薄片的换向器表面进行加工，如通过浮石磨光或者磨削。

另一方面在现有技术中，见DE 100 58 742 A1建议了：在电刷和筒套壁之间设有摩擦面，因而应该使电刷的振动运动得到缓冲。在DE 100 58 743 A1，DE 100 58 873 A1和DE 100 58 872 A1里也同样这样建议。US 2,430,279提出了一种球-弹簧装置，以便使电刷侧向对着电刷筒套壁予张紧。但这种实施形式的缺点在于：除此之外在这些专利里所规定的弹簧为了跟踪电刷必须在筒套里具有一个比在这些实施形式中时更高的弹簧力，这些实施形式规定在电刷和电刷筒套之间有一个间隙。必需要克服电刷和电刷筒套内壁之间的摩擦。然而所必需的较高的弹簧力可能造成电刷在换向器上较高的磨损。

也可以考虑用一种制造电刷装置的方法，在此方法中使电刷架首先在一个推入电刷架里的校准块上对准，或者说至少局部适用于校准块的形状。然后要取出校准块，以便将电刷碳棒装配在电刷架里。但为了能够将电刷碳棒架配在电刷架里，电刷碳棒的重要的外形尺寸必须比电刷架的重要的内尺寸小一些。因此在电刷和电刷架之间会得出一个大的间隙，这就会在电动机运行时可能导致开头提到的不利的冲击噪声。

发明内容

因而本发明的任务是提出一种用来制造电刷装置的方法和装置，得到一种低噪声工作的电刷装置。

因而提供一种方法用来制造一种电刷装置，这装置有一个电刷和一个电刷架用于电动机械，尤其用于一种具有换向器的电动机，其中(i)电刷和电刷架连接在一起，因而在至少一个空间方向上在二者之间有一个间隙，(ii)电刷架在该空间方向上发生变形，直至间隙消失。

因此得到一种电刷装置，在这装置中电刷和电刷架之间的间隙可以被降低到一个最小的尺寸。由于间隙小速度就减小了，用此速度在电动机运动时当电刷出现在薄片端时电刷就会碰到电刷架的内壁上。因此得到一种电刷装置，它在电机运行时很少噪声地工作。

除此之外按照本发明的方法可以使电刷架的轮廓单个适配于电刷的轮廓。电刷沸腾器的形状并不适配于一个校准块，而是适配于恰好那个应该固定在沸腾器里的电刷碳棒，因而在制造电刷碳棒时就可以使所产生的高的加工公差得到补偿。通常按如下来制造电刷碳棒：由一个大的方形碳块里分割出电刷碳棒。此处必须允许有高的加工公差。如按本发明的方法那样，如果电刷架单个地适配于电刷，那么这种高的加工公差在制造电刷碳棒时就不再起什么作用。电刷架可以最佳地适配于电刷碳棒，而且可以在电刷和电刷架之间实现一个最小的间隙。

此外按照本发明的方法的优点是：通过这最小的但存在的在电刷和电刷架之间的间隙在二者之间几乎不产生摩擦。因此可以使用一种具有相对较小弹簧力的弹簧用于跟踪在电刷架里的电刷，这又带来以下优点：电刷在换向器的薄片上只受到相对较小的磨损。

在工序(ii)里要进行的电刷架的变形最好局部塑性和局部弹性地实现。变形的塑性部分可以实现精确的匹配，而与各个电刷的准确尺寸无关。弹性部分有利地在变形力取消之后，使电刷架在其原始的形状方向上有一个回弹量，也就是说它并不完全具有电刷的重要外形尺寸，因而在电刷和电刷架之间留下一个最小的间隙。一种局部塑性和局部弹性的变形例如可以按如下来达到：电刷架由一种金属板制成。通过适当地选择电刷架的材料、壁厚和横断面可以调整弹性变形与塑性变形之比。因此通过选择材料、壁厚和横断面就可以调整设定在变形力撤消和进行回弹之后所留下的在电刷架和电刷之间的间隙。最好在工序(ii)里使电刷架局部在电刷架的至少一个侧壁的一个部分上实现变形。局部变形的优点是：它从加工技术上可容易地实现，因此成本也低。

在一种优选的实施形式中，电刷架包括有相互对着的具有导向面的轨道，它们限定在至少一个空间方向上存在的、在电刷和电刷架之间的间隙以及电刷在电刷架之内的移动方向。在这种结构的电刷架中轨道的导向面用于对电刷在电刷架里进行导向。

在电刷架里各个不同轨道的导向面最好通过至少一个壁段和侧板相互连接起来，从而在各个不同的轨道的导向面之间形成了一个滑槽。电刷架的壁段离开电刷在电刷和电刷架之间存在间隙的空间方向上各自比轨道的导向面离电刷距离更远。电刷架的这种结构的优点是：只是在轨道的导向面范围里加工公差起到一定的作用。对于壁段来说可以用相对较高的加工公差来工作。由于壁段间隔开，因而还有以下优点：污物颗粒，例如由于电刷的磨损而产生的并且到达电刷和电刷的磨损而产生的并且到达电刷和电刷架之间的污物颗粒，它们不会使电刷依然插在电刷架里。通过这分别由一个壁段和侧板所限定的滑槽还可以使污物颗粒漏出。

轨道最好设计成横断面为U-形的各有一个基底和构成两个导向面的支腿。在本发明范围内，轨道的导向面和电刷架的至少一个壁段最好为条带状。这从制造技术上说可以容易实现。

电刷最好设计成电刷套筒。这意味着，电刷架具有一个周向封闭的结构形状。这可以方便地制造。除此之外套筒形状能够使电刷在电刷架里实现最佳的夹持和导向。此外通过电刷套筒就在电动机运行时保护了电刷以防止外来的，例如机构的影响。

在按照本发明的方法的一种优选实施形式中，电刷架的结构设计使电刷架的第一个侧壁和第三个侧壁分别通过轨道的一个基底构成。电刷架的第二个侧壁和第四个侧壁最好分别通过不同轨道的两个导向面和通过位于这两个导向面之间的滑槽构成。电刷架的第一个和第三个侧壁优选地具有一个比电刷架的第二和第四个侧壁更小的面。

在本发明范围内电刷架的变形最好用一个模具实现，该模具具有一种基本为线状的压紧轮廓。若一个轮廓与其横向伸展相比具有一种显著的纵向伸展，那么这种轮廓就基本上是线状的。线状压紧轮廓的优点在于：电刷架的变形从加工技术上来说用这种轮廓比例如用一种基本为面状的压紧轮廓可以更方便地实现，在后一种轮廓时扭曲和由此产生的应力起着重要的作用。模具的压紧轮廓最好布置在电刷的方向上在电刷架之内。因而实现了：用此方法可以实现的在电刷和电刷架之间的最小间隙布置在电刷架之内的电刷移动方向上。因而电刷可以容易地在电刷架之内跟踪。钻入的污物颗料又可以从电刷和电刷架的中间腔里掉出去。如果模具的压紧轮廓横向垂直于移动方向伸展用于使电刷架变形的话，这就是不可能的。此外由于在移动方向上布置的压紧轮廓也具有以下优点：当磨损加大时电刷在电刷架之内的间隙保持相同。

在按本发明方法的一种优选实施形式中，对于模具来说涉及一个凸模和一个凹模，它们相互对峙布置，其中凸模和/或凹模具有上述压紧轮廓。压紧轮廓最好由两个直线连板构成。

在本发明范围内另外还提出了一种用于制造一种具有一个电刷和一个电刷架的电刷装置的装置。该电刷装置可用于一种电动机械，尤其是具有一个换向器的电动机。装置具有用于使电刷架变形的一个凸模和一个凹模，其中凸模和凹模布置成可以相对转动。此时就可以使或者凸模或者凹模可摆动地支承在装置上。最好是可转动地支承在装置上的凸模。按照本发明的装置的优点在于：可以使一种必要时由电刷架的制造所产生的电刷架的重要尺寸的变化得到补偿。这方法就是使可摆动的凸模碰到电刷架的轮廓上并紧随此轮廓。电刷架因此可以实现均匀的变形。此处也可以使加工电刷时的加工公差得到补偿平衡。

在一种优选的实施例中凸模通过一个球形铰链支承在装置上。此外装置具有一个导向机构，使凹模和凸模在无载状态下平行地对峙布置。导向机构最好是一种弹簧。

附图说明

本发明的其它设计方案和优点就在以下根据本发明的一种实施形式加以说明。附图所示为：

图1：按照本发明的装置1的一种实施形式的立体视图；

图2：按图1的装置的一个横断面图；

图3：按照本发明的方法的一种实施形式，表示了步骤a)至d)的工艺过程，应用了图1所示的装置1；

图3a：电刷架10和电刷20连接起来的一个立体图；

图3b：装入图1所示装置1里的电刷架10与电刷20的一个立体视图；

图3c：横断面图表示电刷架10的变形；

图3d：在去除变形力之后电刷架10与电刷20的一个横断面图；

图4：加工完的电刷装置30的一个立体图。

具体实施方式

图1和2表示按照本发明的一种装置1的一个可能的实施形式。图1中用立体视图表示了装置1，而图2则表示装置1的一个横断面。装置1具有一个凸模2和一个凹模3。凹模3空间位置固定地支承在装置1上，而凸模2则可以对应于所示的箭头方向垂直地，也就是在y空间方向上向上和向下运动，其中可以使一个力施加在凸模2和凹模3之间的所要加工的工件上。凸模2和凹模3布置成可以相对转动。这是如下来实现的：凸模2通过一个球形铰链4支承在装置1上。更准确地说，凸模2通过球形铰链4支承在装置1的一个夹块5上。因此凸模2可以围绕x轴和z轴转动，这应该通过凸模2上的箭头来表示。此外装置1具有一个弹簧6形状的导向机构6，它使凹模3和凸模2在无载状态下平行对峙布置。凸模2和凹模3具有一种分别为两个直线连板7形式的基本线状压紧轮廓7，它们沿着凸模2和凹模3的整个在z-空间方向上的伸展长度而设置并且分别位于凸模2和凹模3的侧面端。因而凸模2和凹模3，按横断面来看具有一种U形外形。连板7与凸模2和凹模3作成一体的。以下根据图3详细叙述装置1的工作原理。

图3a至3d表示了按照本发明的方法的一种可能实施形式。尤其表示出了工艺过程。这方法用按图1和2的装置来实施。

图3a上图表示一个电刷架10。电刷架10具有一种大致矩形的结构形状。它有两个轨道11，它们相互对着。轨道11设计成U-形横断面。它们各有一个基底13或15和两个导向面18。每个轨道11的导向面18相互对着并平行对峙着布置。两个轨道11的基底13和15同样也是相互平行布置。各个轨道11的导向面18分别通过一个壁段12和两个侧板17相互连接起来，也就是说在这些导向面11之间分别形成一个滑槽19，这滑槽包括有壁段12和两个侧板17。此处壁段12的位置比导向面18更位于外面。这意味着：滑槽19向着电刷架10的内部是敞开的。导向面18和壁段12设计成条带状，也就是在z-空间方向上。电刷架10包括有四个侧壁。第一个侧壁13和第三个侧壁15相互对峙布置，由轨道11的基底13或15构成。电刷架10的第二个侧壁14和第四个侧壁16分别由轨道11的两个导向面18和由连接这两个导向面18的滑槽19构成。电刷架10的第二个侧壁14和第四个侧壁16对峙布置。第一个侧壁13和第三个侧壁15比第二个侧壁14和第四个侧壁16的面积较小。电刷架在y-空间方向上的内宽为b。这相当于在轨道11之内导向面18的间距。

电刷架10由一种矩形板条制成，其方法是其中形成多个弯折，它们相互分别形成了侧壁13，15，导向面18，侧面17和壁段12，然后板条的两个短边例如通过卷边或者焊接连接起来，以便将条带封闭成一个套筒。电刷架10因此也称为电刷套筒10或电刷筒套10。

在图3a的中间图里表示了一种电刷20。它具有一种矩形轮廓，由碳制成。其加工方法是从一个大的碳长方体里将各个电刷碳棒20切成所希望的大小。电刷20的宽度为a。

在电刷架10和电刷20相互分开制成之后，将电刷20在z-空间方向上推入电刷架10里。图3a下图表示了电刷架10和电刷20处于这种连结状态下。此时在y空间方向上在电刷架10和电刷20之间形成一个间隙S。该间隙通过如下得出：电刷20的宽度a小于导向面18的间距b。电刷架10的轨道11的导向面18因此就限定了在电刷20和电刷架10之间在y-空间方向上的间隙S。此外，轨道11限定了电刷20在电刷架10之内移动方向(z-方向)。

为了简化图示，在以下相关的3b至3d中只表示出了装置1中的凸模2和凹模3。但装置1包括所有图1和2中所示的机构。

图3b用立体图表示了装入装置1的带有电刷20的电刷架10。电刷架10这样装入凹模3里，使凹模3的连板7直接在侧面17的右边和左边作用于导向面18上。可见也可以首先将电刷架10装入在装置1里，然后将电刷20装在电刷架10里。运动的凸模2和固定的凹模3用作为用于使电刷架10变形的模具。凸模2和凹模3对峙布置并且在所示的无载状态下它们平行对峙布置。凸模2和凹模3，如上面针对图1和2所叙述的那样具有一个连板7形式的线状压紧轮廓7。此处凸模2和凹模3的连板7的形状和外形尺寸匹配于电刷架20的形状和外形尺寸。连板7相互平行布置并设在电刷20在电刷架10里的移动方向(z-方向)上。凸模2和凹模3的连板7的高度为h。滑槽19的高度为r，其中连板7的高度h总是大于滑槽19的高度r。当电刷架10变形时也是这样，在电刷架中滑槽19的高度r可以改变。这就确保了：即使在电刷架10变形时凸模2和凹模3也不碰到电刷架10的壁段12。连板7在x-空间方向上的间距这样来设计，使得滑槽19连同侧面17都能够放入在连板7之间。连板7在z空间方向上至少伸展于z-空间方向上电刷架10的整个纵向长度上。

在装入电刷架10和电刷20之后凸模2就在y-空间方向上向下移动；参见图3b和3c。当凸模2向下移动时凸模2的连板7紧挨着侧边17的右边和左边作用于电刷架10的导向面18上。但在加工电刷架10时在通常的加工公差范围内电刷架10的宽度b在x或z-空间方向上就有变化。这仍然没有什么问题，因为凸模2可以围绕x-和z-空间轴线转动；参见图3b中在凸模2上的箭头。这种可转动性是由于凸模2在装置1上的可转动的支承而造成的，如对图1和2所述那样，此处可参照它们。由于凸模2的可转动性使凸模2可以碰到电刷架10的轮廓上，因而即使在上述外形尺寸有波动变化时也能使电刷架10均匀地变形。用凸模2在电刷架10上加一个力，因而使电刷架10变形。电刷架10在y-空间方向上一直变形，也就是说凸模2跟踪着，直到在电刷20和电刷架10之间的间隙S消失(S＝0)，也就是说直到导向面18至少沿着一条沿连板7伸展的线接触到电刷20。这种情况表示于图3c中。此时局部弹性地和局部塑性地进行变形，也就是局部在电刷架10的第二个侧壁14上和第四个侧壁16上。

在电刷架10的变形一直进行到电刷架10和电刷20的导向面18之间的间隙S消失之后，使装置1的凸模又在y-空间方向上向上到达其初始位置上，见图3d。由于电刷架10的变形为局部弹性，因而电刷架10弹回一段至其变形之前的原始的形状。因而在电刷20和电刷架10之间又产生一个在y-空间方向上的间隙M。但这小于电刷架10变形之前的原始间隙S。

图4最后用一个立体图表示了一个按图3所示加工过的具有电刷架10和电刷20的电刷装置30，在电刷架和电刷之间在y空间方向上有间隙M。通过选择电刷架10的横断面、材料和壁厚可以调整弹性与塑性变形的比例。通过选择这种性能和尺寸就可以调整在电刷架10和电刷20之间保留下来的间隙M。

Claims (20)

1.一种具有一个电刷(20)和一个电刷架(10)的电刷装置(30)的制造方法，它用于电动机械，其特征在于，(i)电刷(20)和电刷架(10)连接在一起，使得在二者之间在至少一个空间方向上形成一个间隙(S)，(ii)使电刷架在该空间方向上变形，直至间隙(S)消失。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电动机械是具有一个换向器的电动机，

3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，变形局部是塑性的，局部是弹性的。

4.按权利要求1至3中之一所述的方法，其特征在于，变形局部地在电刷架(10)的至少一个侧壁(14，16)的一部分上进行。

5.按权利要求1所述的方法，其特征在于，电刷架(10)设计成具有相互对着的轨道(11)，它们有导向面(18)，其中导向面(18)限定在至少一个空间方向(y)上位于电刷(20)和电刷架(10)之间的间隙(S)，并限定电刷(20)在电刷架(10)里的移动方向。

6.按权利要求5所述的方法，其特征在于，设计电刷架(10)，在各个不同的轨道(11)的导向面(18)之间形成一个滑槽(19)。

7.按权利要求6所述的方法，其特征在于，邻接一个滑槽(19)的导向面(18)和将导向面之间相互连接起来的壁段(12，17)分别形成了基本为矩形的电刷架(10)的一个侧壁。

8.按权利要求5所述的方法，其特征在于，轨道(11)的导向面(18)为条带状。

9.按权利要求5所述的方法，其特征在于，轨道(11)设计成横断面为U形，各有一个基底(13，15)和两个导向面(18)。

10.按权利要求9所述的方法，其特征在于，轨道(11)的基底(13，15)分别形成了基本为矩形的电刷架(10)的第一个侧壁(13)和第三个侧壁(15)。

11.按权利要求10所述的方法，其特征在于，设计电刷架(10)，使得第一侧壁(13)和第三侧壁(15)的面积小于第二侧壁(14)和第四侧壁(16)的面积。

12.按权利要求1所述的方法，其特征在于，电刷架(10)通过在一个基本为线状的接触面上加压进行变形。

13.按权利要求12所述的方法，其特征在于，接触面布置于电刷(20)在电刷架(10)里的移动方向(z)上。

14.按权利要求12或13所述的方法，其特征在于，为了加压使用了一个具有一个凸模(2)和一个凹模(3)的模具(2，3)，它们相互对峙布置，其中接触面通过凸模(2)和/或凹模(3)的突起来限定。

15.按权利要求14所述的方法，其特征在于，突起由两个直线的连板(7)构成。

16.用于制造一种电刷装置(30)的装置(1)，该电刷装置具有一个电刷(20)和一个电刷架(10)、用于电动机械，该用于制造一种电刷装置(30)的装置(1)具有用于使电刷架(10)变形的一个凸模(2)和一个凹模(3)，其特征在于，凸模(2)和凹模(3)布置成可相对转动。

17.按权利要求16所述的用于制造一种电刷装置(30)的装置(1)，其特征在于，所述电动机械是具有一个换向器的电动机。

18.按权利要求16所述的用于制造一种电刷装置(30)的装置(1)，其特征在于，凸模(2)通过一个球形铰链(4)支承在装置(1)上。

19.按权利要求16至18中之一所述的用于制造一种电刷装置(30)的装置(1)，其特征在于，该用于制造一种电刷装置(30)的装置(1)有一个导向机构(6)，使凹模(3)和凸模(2)在无载荷状态下平行对峙布置。

20.按权利要求19所述的用于制造一种电刷装置(30)的装置(1)，其特征在于，导向机构(6)是一个弹簧(6)。

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