CN1444790A - 平面换向器片连接方法及组件 - Google Patents

Abstract

一种平面碳片换向器组件(10)通过形成环状导体底板(50)制成，所述环状导体底板具有从所述底板(50)的前表面(14)整体且径向地延伸的环状前凸起(18)。通过在导体底板(50)的前表面(14)和在环状前凸起(18)的周围过模压碳化合物而在导体底板(50)上形成环状碳盘(62)。导体底板(50)安装在绝缘轮毂(12)上。分别经过环状碳盘(62)和金属底板(50)形成径向切口(74)形成电绝缘的、沿环向地隔开的换向器片(22)和相应的机械互锁的导体段(16)。按照一个实施例，每个前凸起(18)具有在末端大于在底端的横截面积，从而把换向器片(22)机械地锁定在导体段(16)。

Description

平面换向器片连接方法及组件

技术领域

本发明一般涉及一种平“表面”型碳片换向器组件和把碳换向器片同定到金属导体上制成这种组件的方法。

背景技术

已知平面碳片换向器包括金属导体段，所述导体段以围绕包括绝缘材料的环形轮毂的环形前表面环向地隔开的阵列支撑。已知这种换向器包括碳换向器片，它们围绕并与各个金属导体段的部分互锁构成。碳换向器片限定平的合成的换向表面。这种换向器的一个例子在美国专利5912523中披露了，该专利在1999年6月15日授予Ziegler等人，转让给本发明的受让人，该专利引用在此作为参考。为了正确地定位和固定碳片，它们被嵌入该轮毂内。

此外，1999年7月20日授予Kobman等人的美国专利5925962和Ziegler的专利都披露了在制造过程中在金属底板上过模压(overmolding)碳和绝缘材料，并通过在金属导体段中的孔挤压过模压的碳化合物，从而实现在碳片和导体段之间的更牢固的机械互锁。

需要的是一种平面换向器片连接组件，用于支撑和牢固地固定碳换向器片，而不用围绕碳片过模压轮毂材料，或者否则直接地把碳片连接在该轮毂。需要的是在换向器制造过程中更简单和廉价的安装碳片的方法。

发明内容

提供一种平面换向器组件，包括由电绝缘材料制成的环形轮毂，以及支撑在所述轮毂上的环状的环向地隔开的阵列的多个金属导体段，每个导体段包括从每个导体段的前面整体地伸出的第一前凸起。所述平面换向器组件还包括多个碳换向器片，它们放置在各个导体段上，并限定平的合成的环状前换向表面。所述前凸起放置在相应的换向器片的空腔内。

每个导体段的第一前凸起具有和相应的换向器片的后表面平行且相邻的第一横截面以及与所述第一横截面平行且沿轴向向前隔开的第二横截面。所述第二横截面的面积大于第一横截面的面积，从而防止每个导体段的第一前凸起从其相应的换向器片退回。每个导体段的第一前凸起使一个换向器片机械地锁定到所述导体段上。第一前凸起提供一种有效的机械锁定，使得不需要例如借助于把换向器片嵌入轮毂内进一步固定所述换向器片。

本发明还包括一种制造平面换向器组件的方法，所述方法包括形成环状导体底板，该导体底板具有从所述底板的前表面整体地和轴向伸出的第一环状前凸起。通过在所述导体底板的前表面上和在第一环状前凸起的周围过模压碳化合物在所述导体底板上形成环状碳盘。然后使所述化合物硬化。然后提供由绝缘材料制成的环状轮毂，并使所述导体底板和所述轮毂的前表面连接。然后分别经过环状碳盘和金属底板提供径向切口，形成电绝缘的、环向地隔开的换向器片和相应的机械互锁的导体段。

附图说明

结合下面的详细说明和附图，本领域技术人员将更加清楚本发明的这些和其它特征和优点，其中：

图1是按照本发明构成的平面换向器组件的前视图；

图2是沿图1的线2-2截取的图1的组件的截面侧视图；

图3是换向器片被卸去以露出该组件的导体段的图1的组件的前视图；

图4是图1的组件的另一个实施例的截面侧视图；

图5是换向器片被卸去以露出该组件的导体段的图4的组件的前视图；

图6是导体底板的局部切掉的侧向透视图，在按照本发明构成平面碳换向器时由所述底板构成该导体片；

图7是形成在图6的导体底板上的碳盘的局部切掉的侧向透视图，在按照本发明构成平面碳换向器时，由所述碳盘构成该换向器片；以及

图8是该导体底板的放大的截面图，如图6的圆圈8内切掉的部分所示。

具体实施方式

平面的或者“表面型”的碳片换向器组件在图1-3中以标号10表示。换向器片连接组件的第二实施例在图4和图5中用标号10’表示。在图4和图5中的带有撇号(’)的标号表示在第一实施例中也出现的元件的另一种结构。除非另有说明，在下面的说明部分中使用标号查阅附图时，所述说明的部分同样适用于在图4和图5中带有撇号的元件。

组件10包括环形轮毂12，它包括电绝缘材料并具有基本上平的环形前表面14。轮毂12包括中心的轮毂转轴，在图1，2和3中用标号28表示。组件10还包括多个金属导体段16，围绕轮毂12的前表面14以沿环向地隔开的环形阵列支撑在轮毂12上，如图3更清楚地看出的。每个导体段16包括从每个导体段16的前表面20整体地伸出的第一环形前凸起18。

组件10还包括多个碳换向器片22，他们支撑在导体段16的相应导体段并机械地互锁，并且限定平的环形组合的前换向表面。导体段16的前凸起18嵌入它们的相应的换向器片22内。换句话说，前凸起18设置在形成在相应的换向器片22的背面26内的互补的空腔24内，支撑在导体段16上。

如图8更清楚地看出的，每个导体段16的前凸起18具有“燕尾”的结构并且相应于每个导体段16的换向器片空腔24具有互补的燕尾结构。更具体地说，每个导体的前凸起18具有弓形的梯形的棱柱的形状，并配合在相应的换向器片22中的弓形的梯形的棱柱形的空腔24内，如图2和图7所示。因此，如图2最好地表示的，每个导体段16的第一前凸起18包括一个窄的颈部或底端25，它具有与相应的换向器片22的后表面26平行且相邻的第一横截面，并且还包括宽的端部27，它具有与第一横截面平行且轴向地隔开向前的第二横截面。第二横截面具有比第一横截面大的面积，这防止每个导体段16的第一前凸起18从其相应的换向器片22退回，并机械地把换向器片22锁定在它们相应的支撑导体段16。这种互锁的燕尾结构提供了有效的机械互锁，不需要通过把换向器片22嵌入轮毂12内进一步固定换向器片22。

导体段16的前凸起18一起限定前凸起18的分段的组合环，如图3最好地表示的。前凸起18的环相对于该轮毂轴线28同轴地设置。定向导体段前凸起18使得它们的梯形的横截面相对于该轮毂轴线28垂直且径向放置。换句话说，通过轮毂28并通过每个导体段16的垂直平面限定通过每个导体段前凸起18的梯形横截面。

每个导体段16的前凸起18包括槽30的形状的表面间断面，其形成在设置在每个前凸起18的末端27的每个前凸起18的前表面32内。槽30相对于该轮毂轴线28径向地朝向。每个碳片22包括形成在每个碳片空腔24的前表面24内的槽31的形状的相应的间断面。在每个碳片空腔24的前表面内的槽与相应的导体段16的凸起的槽30互补和啮合。在碳片22和导体段16内的互锁的径向槽30，31防止换向器片22在其相应的导体凸出段16上环向地滑动。

每个导体段16包括整体地从每个导体段16的后表面36伸出的整体后凸起34。每个导体段16的后凸起34设置在形成在轮毂12的前表面14内的互补的空腔37内以便有效地把导体段16固定在轮毂12上。

每个导体段16的后凸起34通常与每个导体段16的前凸起18相同，如图2所示。如与每个导体段16的前凸起18一样，每个导体段16的后凸起34包括槽36。槽36形成在每个后凸起34的后表面38内，并限定每个后凸起34的末端。在后凸起34中的槽36相对于该轮毂轴线28径向地延伸。轮毂12包括形成在每个轮毂空腔37的前表面内的槽43的形式的相应的间断面。在每个轮毂空腔37的前表面内的槽43与相应的导体段后凸起34的槽36互补并啮合。在轮毂空腔37和后凸起34内的互锁的径向槽36，43防止导体段16在轮毂12上环向地滑动。

每个导体段16还包括一个轴向地向外延伸的柄脚39。柄脚39被构成用于支撑利用诸如焊接电气连接在柄脚39的线圈导线。

按照图4和图5中用标号10’表示的该组件的第二实施例，第二前凸起52、40从每个导体段16’的前表面20’伸出，并和相应的碳片22’的后表面26’中的互补的槽42啮合。第二前凸起40还把碳片22’固定到其各自的导体段16’。导体段16’的第二前凸起40一起限定相对于第一前凸起52同心地设置的第二分段的组合前凸起52的环，如图5最好地表示的。与第一前凸起18’一样，第二前凸起40具有弓形的梯形棱柱的总体形状。

按照图4和图5所示的第二实施例，第二后凸起44从每个导体段16’的背面26’伸出，并啮合在轮毂12’的前表面14’中的一个互补的凹槽46。在每个导体段16’中的第二后凸起44还把导体段16’固定到轮毂12’上。导体段16’的第二后凸起44一起限定相对于第一后凸起18’同心地设置的第二分段的组合后凸起环。第二后凸起环通常与第二前凸起52的环相同，并具有与第二前凸起18相同的梯形横截面和弓形的梯形棱柱的形状。

实际上，平面的或“表面”形碳片换向器可以通过首先形成一个环形导体底板制成，如图6和图7的标号50所示。导体底板50具有整体地并且径向地从导体底板50的前表面54伸出的第一环状或环形的前凸起52。环状导体底板50可以通过从第一金属材料铸成导体底板50或者从铜的坯料或包括另一种合适的金属的坯料冲压导体底板50形成。如图8的标号56所示，金属涂层也可以在第一金属材料上提供，。在这种情况下，所述涂层最好包括比第一金属材料导电性更好的金属材料，例如铜。在形成环形导体底板50时，形成第一环形前凸起52，使其具有围绕其环形长度的连续的梯形横截面，使得前凸起52的轴向末端58的宽度大于前凸起52的底端60的宽度。

如图7所示，然后在导体底板50上通过在导体底板50的前表面54上并围绕第一环形前凸起52过模压碳的化合物形成环状碳盘62。碳化合物可以利用本领域中已知的任何合适的方法例如注入模制或者挤压模制形成在导体底板50的前表面54上。碳盘62可以在硬化之前压制成所需的尺寸或者可以在硬化之后加工尺寸。在每种情况下，当在模制之后使碳化合物硬化时，它与导体底板50形成机械互锁。

碳盘62可以由“标准”的碳成份例如RingsdorfEK23形成，它具有300-450欧姆的特定电阻率，在市场上可以从德国波恩的SGL Carbon GmbH买到。盘62还可以由具有较好电性能的电记录等级的碳制成。在每种情况下，使电刷材料和换向器材料匹配改善性能。

在形成导体底板50时，还形成第一环状后凸起64，并且整体地和轴向地从导体底板50的背面68伸出，轴向地和导体底板50的前表面54相对。形成第一环状后凸起64使其基本上和第一环状前凸起52相同，因此具有连续的梯形横截面，其末端70的宽度大于凸起64的底端72的宽度。

轮毂12则可以通过在金属导体底板50的背面68上并且围绕第一环状后凸起68压缩模制绝缘材料例如酚树脂制成。使该绝缘材料硬化并形成与金属导体底板50的机械互锁。在其它实施例中，轮毂12可以由任何合适的高强度的可模制塑料制成。

如图1-3中的标号74所示的，然后通过环形碳盘和金属导体底板50形成径向切口。径向切口74形成电绝缘的、环向地隔开的换向器片22及其相应的机械上互锁的导体段16。

导体底板50的形成还可以包括形成第二环状前凸起和第二环状后凸起，如图4和图5中以分段形式表示的。形成第二环状前凸起使其和第一环状前凸起52同心，并且碳化合物在第一和第二环状前凸起周围压缩模制。第二环状后凸起基本上与第二环状前凸起相同，并且从与第一环状后凸起64同心的导体底板50的背面整体地且轴向地伸出。如同第一环状后凸起64那样，第二环状后凸起具有连续的梯形横截面，其末端的横截面积大于底端的横截面积。轮毂12的绝缘区域围绕第一和第二后凸起压缩模制并压缩模制在金属导体底板50的背面68。

按照本发明构成的平面碳换向器提供在碳片22、导体段16和轮毂12之间的牢固的机械互锁，提供在碳片22和导体段16之间的高导电连接，并提供坚固的、容易制造的设计。

上面的叙述旨在说明本发明的某些实施例，而不是用于限制本发明。因此，使用的是描述性的表述而非限制性的表述。显然，根据本说明的教导可以修改本发明。不脱离权利要求的范围内可以按照本说明的教导用另外的方式实施本发明。

Claims (23)

1.一种平面碳片换向器组件，包括：

由电绝缘材料制成的环形轮毂；

支撑在所述轮毂上的环状的环向地隔开的阵列中的多个金属导体段，每个导体段包括从每个导体段的前表面整体地伸出的第一前凸起；

多个碳换向器片，它们设置在该导体段的各自导体段上并限定平的合成的环状前换向表面，所述前凸起设置在相应的换向器片中的空腔内；以及

每个导体段的第一前凸起具有与相应的换向器片的后表面平行且相邻的第一横截面以及与所述第一横截面平行且轴向地隔开向前的第二横截面，所述第二横截面的面积大于第一横截面的面积，从而防止每个导体段的第一前凸起从其相应的换向器片退回，并且使该换向器片机械地锁定到其相应的支撑导体段。

2.根据权利要求1所述的平面碳片换向器组件，其特征在于每个导体段的第一前凸起具有梯形的横截面，并设置在相应的碳片中的互补的凹槽内。

3.根据权利要求2所述的平面碳片换向器组件，其特征在于所述轮毂包括中心旋转轮毂轴线，并且该导体段的第一前凸起一起限定相对于该轮毂轴线同轴地设置的分段的合成的第一前凸起环，所述第一前凸起的梯形横截面相对于所述轮毂轴线垂直地且径向地定向。

4.根据权利要求3所述的平面碳片换向器组件，其特征在于每个导体段的第一前凸起包括一个表面间断面，并且每个碳片包括相应的间断面，它与相应的导体段凸起的所述表面间断面互补并啮合。

5.根据权利要求4所述的平面碳片换向器组件，其特征在于所述表面间断面包括形成在每个前凸起的前面并相对于该轮毂轴线径向地定向的槽。

6.根据权利要求1所述的平面碳片换向器组件，其特征在于第二前凸起从每个导体段的前表面伸出，并啮合在相应的碳片中的互补的凹槽，所述导体段的第二前凸起一起限定相对于所述第一前凸起环同心地设置的分段的合成的第二前凸起环。

7.根据权利要求1所述的平面碳片换向器组件，其特征在于每个导体段包括整体的第一后凸起，它从每个导体段的后表面整体地伸出并设置在该轮毂的空腔内。

8.根据权利要求7所述的平面碳片换向器组件，其特征在于每个导体段的第一后凸起具有与相应的换向器片的前表面平行且相邻的第一横截面以及与所述第一横截面平行且轴向地隔开向后的第二横截面，所述第二横截面的面积大于所述第一横截面的面积。

9.根据权利要求8所述的平面碳片换向器组件，其特征在于所述每个导体段的第一后凸起具有梯形的横截面，并设置在该轮毂中的互补的凹槽内。

10.根据权利要求9所述的平面碳片换向器组件，其特征在于该导体段的第一后凸起一起限定相对于该轮毂轴线同轴地设置的分段的合成的第一后凸起环，所述第一后凸起的梯形横截面相对于该轮毂的轴线垂直地且径向地定向。

11.根据权利要求10所述的平面碳片换向器组件，其特征在于每个导体段的第一后凸起包括表面间断面，并且所述轮毂包括相应的间断面，它与该相应的导体段凸起的表面间断面互补且啮合。

12.根据权利要求11所述的平面碳片换向器组件，其特征在于所述表面间断面包括形成在每个第一后凸起的后表面内并相对于该轮毂轴线径向地定向的槽。

13.根据权利要求10所述的平面碳片换向器组件，其特征在于第二后凸起从每个导体段的后表面伸出，并与第二后凸起中的一个互补的凹槽啮合，所述导体段的第二后凸起一起限定相对于所述第一后凸起环同心地设置的分段的合成的第二后凸起环。

14.一种制造平面碳片换向器的方法，所述换向器包括支撑在由电绝缘材料制成的轮毂上的环状的环向地隔开的阵列中的多个金属导体段，每个导体段包括从每个导体段的前表面整体地伸出的并嵌入多个碳换向器片之一的第一前凸起，所述换向器片限定平的合成的环状前换向器表面；所述方法包括以下步骤：

形成具有从所述底板的前表面整体地并且轴向地伸出的第一环状前凸起的环状导体底板；

通过在所述导体底板的前表面并且围绕第一环状前凸起过模压碳化合物，并使所述化合物硬化而在所述导体底板上形成环状碳盘；

提供由绝缘材料制成的环状轮毂；

使所述导体底板连接到所述轮毂的前表面；以及

分别经过所述环状碳盘和所述金属底板形成径向切口，形成电绝缘的、环向地隔开的换向器片和相应的机械互锁的导体段。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述形成环状导体底板的步骤包括：

由第一金属材料铸成所述导体底板；以及

由金属坯料冲压所述导体底板。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述形成环状导体底板的步骤包括：在第一金属材料上提供一个涂层，所述涂层由比第一金属材料的导电性更好的金属材料构成。

17.根据权利要求14所述的方法，其中所述形成环状导体底板的步骤包括形成第一环状前凸起，以包括末端的横截面积大于第一前凸起的底端的横截面积。

18.根据权利要求14所述的方法，其中在导体底板上形成环状碳盘的步骤包括在导体底板的前表面上并且围绕第一环状前面凸起压缩模制碳的步骤。

19.根据权利要求14所述的方法，其中：

形成导体底板的步骤包括形成与第一环状前凸起同心的第二环状前凸起的步骤；以及

在导体底板上形成环状碳盘的步骤包括围绕所述第二环状前凸起模制碳的步骤。

20.根据权利要求14所述的方法，其中形成导体底板的步骤包括形成从所述底板的背面整体地且径向地伸出的第一环状后凸起的步骤。

21.根据权利要求20所述的方法，其中：

形成第一环状后凸起的步骤包括形成环状后凸起，具有末端的横截面积大于第一前凸起的底端的横截面积；以及

提供轮毂的步骤和连接导体底板到所述轮毂上的步骤包括在金属底板的后表面上和围绕第一环状后凸起模制绝缘材料的步骤。

22.根据权利要求20所述的方法，其中形成导体底板的步骤包括形成第二环状后凸起，从所述底板的后表面整体地且径向地延伸并且与所述第一环状后凸起是同心的。

23.根据权利要求22所述的方法，其中：

形成第二后凸起的步骤包括形成第二后凸起，具有末端的横截面积大于第一前凸起的底端的横截面积；以及

提供轮毂的步骤和连接导体底板到所述轮毂上的步骤包括在金属底板的后表面上和围绕第二环状后凸起压缩模制绝缘材料的步骤。

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