CN1551426A - 常力筒式电刷支持器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于电动装置的电刷支持器组件，包括安装在装置机壳内的圆柱形套筒。该套筒包括一个导管，导管长度比圆柱形套筒长。具有均匀厚度的U形分流器可滑动地放置在导管内。U形分流器有从支片向外伸出的凸缘。电刷位于分流器的支片之间，并且一常力弹簧位于电刷和U形分流器的内表面之间，电刷由一定常作用力弹性地紧靠在转向器上。U形分流器通过一条抽头导线与电刷相连。导管有两对纵向延伸的径向槽。一个可拆卸的螺帽位于套筒内，用来在运行期间将分流器、弹簧和电刷保持在套筒内。另外，一条纵向槽位于导管和套筒之间，用于装入终端夹线，其上盘绕一条与外部电源相连的导线。

Description

常力筒式电刷支持器

技术领域

本发明涉及电动装置中的电刷支持器(brush holder)。

背景技术

在本发明之前，用于电动装置(如转动或直线运动的电气装置、直流发电机、电机及发电机)中的电刷支持器包括带有一个在外部可替换电刷的筒式电刷支持器。由于现有设计局限和空间考虑，现有筒式电刷支持器必须使用一个利用螺旋压缩弹簧将其紧靠在电气装置的转动或运动表面的电刷。然而，在电刷的寿命期内，由于电刷的磨损，螺旋压缩弹簧对电刷的压力是不均匀和不稳定的。因此，当变小的弹力使电刷变短时，螺旋弹簧就会减压(释放)、弹簧压力减小致使产生不稳定的磨损率。从而导致无法达到最佳性能、电刷寿命低下、更频繁且费用较高的电刷更换，并且增加了对电气装置的维修。另外，螺旋压缩弹簧在电刷支持器内占据了与其不相称的较大的空间，否则的话，该空间可供一个较大的电刷使用。该问题的解决方法是引入一个常力弹簧。通过为电刷提供一个常力弹簧，电刷的磨损率将会是一个定值，作用于电刷上的压力也是定值，并且接触表面磨损减小、电刷寿命延长、装置性能更佳、总的维修费用更低。然而，正如授予Welch等人的美国专利2,695,968所说明的那样，有常力弹簧的电刷支持器组件全部装在电动装置并且整体地封装在其中，而不是在带有外部可替换电刷的筒式电刷支持器内。

在仍然提供并扩大了带有外部可替换电刷的筒式电刷支持器的基本优点的同时，本发明还具有以下特点：(1)在有特定尺寸的任意特定电动装置中，可以允许使用最长的电刷，从而使电刷和装置的寿命最长；(2)简化和提高了电动装置的装配效率；(3)提供了一个健壮且耐用的设计；(4)降低了更换和维修费用；以及(5)可在外部简单地更换电刷，而无须拆卸和重新装电动装置所需的多余的操作、费用、损坏和危险。事实上，由于在电刷支持器中，常力弹簧比现有的螺旋压缩弹簧系统占据的内部空间小，所以带有外部可替换电刷的筒式电刷支持器可以使用比以前更长的电刷。用这部分空间来容纳额外的电刷长度。

现有技术文献，即授予Koenitzer的美国专利5,463,263(专利′264)试图将一种常力弹簧电刷组件组装到筒式电刷支持器中以提供一个外部可替换电刷。但当为实现这一目的而利用专利′264时，发现其存在实际制造、应用和实施的问题。首先，由于使用中电刷支持器会有较大的载荷，专利′264规定的U形保持器(retainer)会有在几个不同的地方出断裂的可能性，如在凹槽处(此处材料较薄)或沿中间顶部(在分成两支片的区域)，在这一点上，专利′264中说明的电刷支持器是无法令人满意的。本发明的关键是更换磨损的电刷而不是更换有裂纹或断裂的电刷支持器。本发明的第一个目标是用不同设计的、更耐用的、更坚固的U形分流器(shunt)来代替专利′264规定的U形保持器。

第二，专利′264包括一个带有其规定的槽的单体外壳来装入U形保持器的两支片和电刷支持器。在装配时，电刷的端部直接延到外壳端的外部与转向器(commutator)相接，而电刷的主体仍留在壳体内。在专利′264中没有分开保护的内管。这便带来了使用中的问题，如电动装置运行中产生的较大的振动力、高温和噪音等，这些就会产生使外壳和U形保持器出现失效和问题的倾向。这样，本发明的第二个目的是提供一个可足以补偿电刷和电动装置运行所产生的温度、噪音和振动的装置。

第三，专利′264中说明了带有一对纵向延伸来直接装入保持器和电刷的槽的圆柱形外壳。该圆柱形外壳最好由绝缘的非导电材料如塑料制成。由于外壳材料的性质和组分使外壳上的槽的公差和表面组织低于最佳值，从而，电刷无法理想地通过外壳上的槽，这样，专利′264描述的外壳就无法提供最佳的装置性能。这应导致了不均匀且不可预计的电刷磨损率。这样，本发明的另一个目的就是提供一个较好的、更键壮的电刷支持器，该支持器能带来提供更好的装置性能和更长的电刷寿命，并且在装置运行中提供更光滑的电刷滑道(ride)和最低的电刷磨损。

最后，专利′264中说明了要将电刷连接到一个分流器(导线)上，再将分流器连接到一个插在圆柱形外壳的槽上的黄铜带间的终端上。但专利′264并没有说明电刷支持器组件如何与外部电源(外壳之外)相连，众所周知，某种形式的端终连接必须包含在电刷支持器组件的内部，并与外部电源相连以使电流流过电刷产生磁通量并驱动电动装置。专利′264没能提供将外部电源连接到电刷上以使电流流过电刷的程序化的方法。典型的是将导线盘绕到终端连接(terminal connection)上。可是，在专利′264中，终端连接(终端34)与电刷(14)相连并位于外壳(25)内。为完成外部电连接，另外一个终端线夹(terminal conector)以一种未说明的方式连到第一个终端连接(34)的对面并被设置在导电带(未标注)和外壳(25)之间的槽内[见美国专利5,463,264中的图2]。导电带允许电流从未说明的另一个终端线夹(该线夹与外部电源相连)流到终端(34)。由于需要另一个终端线夹，所以，增加了产品和制造成本。另外。这也使得制造和装配过程更复杂，同时造价更高。从而，本发明的另一目的是提供一种易于将电刷支持器组件连接到外部电源的最佳装置，有益于提高成本效益、降低产品和制造成本，同时提供一种更简单的制造方法。

发明内容

本发明提供了一种用于电动装置的电刷支持器。电刷支持器包括一个安装在装置外壳内的圆柱形套筒，套筒上有一个向内的开口，该开口朝向装置转向器，径向延伸。(如此处使用的那样，术语“转向器”应包括转向器、滑动环和任何其它有电流流向其上或从其产生的运动表面，但不并仅限于此)。套筒与具有一朝向转向器向内延伸的端部的导管结合。导管的长度比圆柱形套筒长，以使其端部超出开口。U形分流器是可滑动地安装在导管中，并且其厚度最好是均匀的。U形分流器的支片沿径向从内伸向装置的转向器；分流器的支片还有从支片向外伸出凸缘。电刷位于有常力弹簧的分流器的支片之间，常力弹簧位于电刷和U形分流器的内表面之间，电刷虽最好是碳刷，但并仅不限于此。常力弹簧有一对盘绕的端部，这对端部由人工放置并紧靠在凸缘。为以一常力将电刷有回弹地紧靠在电动装置的转向器，常力弹簧还包括与电刷一端的中央相接的中间部分。U形分流器由抽头导线(pig tail wire)与电刷相连。

另外，导管有两对纵向延伸的径向槽，一对用来装入和定位分流器，另一对用来装入和定位电刷。为在装置运行将分流器、常力弹簧和电刷中保持在套筒中，在套筒径向外端内还设有一个可卸下的螺帽。进一步地，一个纵向槽设在导管和圆柱形套筒之间用于装入终端线夹，线夹上盘绕一条导线，该导线再与外部电源相连。

本发明包括一个导管(最好由包括铜在内的导电的金属材料制成，但不限于此)，该导管在套筒(最好由绝缘的包括热固和热塑的塑料树脂非导材料制成，但不仅限于此)内。导管可滑动地装入电刷、常力弹簧和U形分流器。与现有技术所用的材料相比，该导管材料更能在运行中隔音、降噪和散热。与现有技术所用的材料表面组织相比，该导管材料的表面组织能提供更佳的电刷滑道。这样便延长了电刷寿命并会带来更佳的装置性能。与现有技术相比，本发明也能实现更严格的公差。这便减少了电刷运动、降低了电刷噪音(“chatter”)、减少了电刷灰尘，并且显著地降低了电弧的产生和装置失效。

本发明的其它优点和特性将从下面对本发明和实施例的详细说明、权利要求和附图说明中容易地显示出来。

附图说明

图1是本发明的分解图。

具体实施方式

本发明容许多种不同的形式的实施例，附图所示并将在此说明的是本发明的优选实施例。然而，在此所公开的当然应被看作是本发明的原理的示例，并且，图示的实施例并不限制本发明和/或权利要求书的精神或范围。

参照图1，本发明涉及一种用于电动装置中的筒式常力电刷支持器10(如说明书和权利要求书中限定的那样，术语“电动装置”应包括电动装置、任何转动或线性运动的电气装置、直流发电机、电机和发电机，但并不仅限于此)。还如说明书和权利要求书中所用的那样，术语“转向器”应包括转向器、滑动环和任何其它有电流流向其上或从其产生的运动表面，但不限与此。电刷支持器10包括一个U形分流器12，从它的中部16延出一对支片14。每条支片14有一个向外延出的凸缘18。相对于现有技术，为增加支片的强度，本发明采用了不同设计的更强固的U形分流器，该分流器带有从分流器支片向外延出的凸缘18，并在装配时与常力弹簧20的盘绕端22相接。用于制作U形分流器的材料厚度最好是完全均匀的，不能有切削、清理或铸造凹穴或孔洞。由于本发明优选的是导电的金属材料，因此，有较高的强度。

如上所述，设有一个常力弹簧20，它有一对盘绕端22和中间部24。还设有一个电刷26，当装配电刷支持器10时(后面将有更详细的定义)，电刷可滑动地装在U型分流器12的两支片14之间并与常力弹簧20的中间部24相接触，电刷最好是碳刷，但并不仅限于此。U型分流器12的中间部16通过抽头导线28与电刷26相连。

为克服电刷运动所产生的问题，即当电刷26与转向器相接触时，由电动装置和电刷26所产生的强振、高温和噪音，本发明包括了一个从套筒36伸出的导管30。导管30是由适合导电的金属材料挤压、铸造、模塑(formed)或模压而制成的，金属材料包括铜，但不仅限于此。采用这种材料会使本设计更坚固，并在运行中有降噪、减振和散热的可能性。与现有技术相比，导管30也能实现更严格的公差，这样，减少了电刷26的运动和噪声，实现了更顺滑、更稳定的电刷滑动及更小的电刷磨损，并且在使电弧最小的同时，装置性能最佳。套筒36是由更适合的非导材料挤压、铸造、模塑或模压而成，非导材料包括热固和热塑的塑料树脂，但并不仅限于此，这样，套筒36便在导管30的周围形成了绝缘。导管30可滑动地将电刷26、常力弹簧20和U形分流器12(这里称作“组件”)装入。导管30有两对径向槽，一对32用于装入并定位电刷，而另一对34用来装入并定位U形分流器的支片14和凸缘18以及常力弹簧的盘绕端24。导管30与套筒36是一体的，并与机壳相连。

套筒36的直径比导管30大，并且有一内孔，内孔的尺寸要满足导管30的外周设计并与其相适合。由于套筒36的直径比导管30大，内孔的尺寸(要收入导管30)可在一定范围内(由电动装置的技术规格书规定)进行改变，可变大或变小，以收入不同大小的导管，从而适应不同大小的电刷。即使可适应不同的电刷尺寸，但套筒36的外形尺寸在一定范围内是不能改变，这样，本发明便在能适应不同尺寸的电刷的同时，仍能符合电动装置机壳的标准孔径。本发明的另一个优越之处是，通过对内孔进行简单的加工便可在一定的范围内适应更大或更小的导管和电刷，同时仍使用具有固定外径的相同套筒36。然而，现有技术则要以较高的费用来使用一个全新的套筒(或外壳)和加工一个新的机壳孔以适应要求的各不相同电刷尺寸，而本发明则克服了这些不足。

槽道或槽38设在导管30外，在导管槽和套筒36之间来装入终端线夹40。终端线夹40插入并定位在槽道或槽38中，挤在导管30和套筒36之间，这样，当导线(图中未示出)从外部电源(指在电刷支持器10之外)接出并盘绕到终端线夹上时，在电刷从导管30中移出时，电刷26中仍能保持电连接而不必断开整体连接。

最后，套筒36还有与螺帽相配的螺纹区(未示出)。当螺帽42旋入套筒36时，螺帽就将U形分流器12保持在正确的位置上并使电刷发挥最佳的功能。

在装配电刷支持器10时，通过手工将电刷26定位在紧靠在常力弹簧20的中间部24，同时，固定常力弹簧20的盘绕端22紧靠在U形分流器12支片14的凸缘18而固定。在没进行装配或从导管30移出时，常力弹簧20并不一直固定在其工位上，这样使常力弹簧20处于自由状态；由于将组件插入导管30只能由手工通过以下步骤来完成，即：相对于U形分流器12支片14的凸缘固定和校准常力弹簧20的盘绕端22，以及相对于常力弹簧的中间部24固定电刷26。随后便将组件插入导管30。然后，将螺帽42旋进套筒36。由于导管30要与电力传动装置的转向器对准，因此，转向器的横向压力将使电刷26滑动地位于U形分流器12的支片14之间。然后，常力弹簧20将向电刷26施加一个定常压力使电刷26与转向器相接触，即使在电刷26磨损过程中，该压力也基本上是定常的。

一种制作方法是将常力弹簧20固定在电刷26上，同时，抽头导线28固定在电刷26和U形分流器12上。这样，当电刷26磨损而无法使用时，可移出整个组件并方便地进行更换。但是，如果需要，也可采用其它的制作方法，即：可方便地拆下组件并重新组装，这样，当电刷磨损而无法使用时，只需更换电刷即可。

根据前述内容及如前所述，可以看出可以进行多种改变和修改而不脱离本发明新颖性的精神和范围。当然不打算或意指对这里说明的具体方法和图示的装置进行限制。附加的权利要求意在将所有这些修改覆盖在权利要求书内。

Claims (20)

1.一种用于电动装置机壳内的电刷支持器，包括：

安装在上述装置机壳内的圆柱形套筒，该套筒具有一向内的开口，该开口朝向上述装置的转向器，径向延伸；

固定在圆柱形套筒内的导管，该导管具有一朝向该转向器向内延伸的端部；

可滑动地设置在上述导管内的U形分流器，该分流器有沿径向从内伸向上述装置的转向器的支片，以及从支片向外伸出的凸缘；

位于上述分流器支片之间的电刷；

位于上述电刷和分流器内表面之间的常力弹簧，该弹簧具有一对通过紧靠在凸缘而定位的盘绕端和用来与上述电刷的一端相接的中间部，该中间部以一常力弹性地将上述电刷紧靠在上述装置的转向器上；

上述导管有两对纵向延伸的径向槽，用来装入和放置上述的分流器和电刷；和

位于上述套筒径向外端内的可拆卸的螺帽，用来在装置运行期间将上述的分流器、弹簧和电刷在保持在套筒内。

2.根据权利要求1所述的电刷支持器，其中，导管的长度比圆柱形套筒长，以使其端部超出开口。

3.根据权利要求1所述的电刷支持器，进一步包括连接电刷和U形分流器的抽头导线。

4.根据权利要求1所述的电刷支持器，其中，U形分流器的厚度是均匀的。

5.根据权利要求1所述的电刷支持器，其中，导管是由能实现更严格的公差并在上述装置的运行中能够进行散热、降噪和减振的材料制成。

6.根据权利要求5所述的电刷支持器，其中，导管的材料是由导电材料制成的，包括铜，但并不仅限于此。

7.根据权利要求4所述的电刷支持器，其中，U形分流器由导电材料制成。

8.根据权利要求1所述的电刷支持器，进一步包括：

位于导管和套筒之间的纵向槽用于装入终端连接并与其相接触；和

位于槽内的终端线夹，其中与外部电源相连的导线盘绕到导管外的终端线夹。

9.一种用于电动装置机壳内的电刷支持器，包括：

安装在上述装置内的圆柱形套筒，该套筒有一向内的开口，该开口朝向上述装置的转向器，径向延伸；

具有均匀厚度并可滑动地放置在上述套筒内的U形分流器，该分流器有沿径向从内伸向上述装置的转向器的支片，以及从支片向外伸出的凸缘；

位于上述分流器支片之间的电刷；

位于上述电刷和分流器内表面之间的常力弹簧，该弹簧具有一对通过紧靠在凸缘而定位盘绕端和用来与上述电刷的一端相接的中间部，该中间部以一常力弹性地将上述电刷紧靠在上述装置的转向器上；

连接电刷和U形分流器的抽头导线；

上述导管有两对纵向延伸的径向槽，用来装入和放置上述的分流器和电刷；和

位于上述套筒径向外端内的可拆卸的螺帽，用来在装置运行期间将上述的分流器、弹簧和电刷在保持在上述套筒内。

10.根据权利要求9所述的电刷支持器，进一步包括固定在圆柱形套筒内的导管，该导管具有一朝向该转向器向内延伸的端部。

11.根据权利要求10所述的电刷支持器，其中，导管的长度比圆柱形套筒长，以使其端部超出开口，并且，其中成对的径向槽与导管是一体的。

12.根据权利要求10所述的电刷支持器，其中，导管是由能实现更严格的公差并在上述装置的运行中能够进行散热、降噪和减振的材料制成。

13.根据权利要求9所述的电刷支持器，其中，导管的材料是导电材料制成的，包括铜，但并不仅限于此。

14.根据权利要求9所述的电刷支持器，其中，U形分流器是由导电材料制成的。

15.根据权利要求9所述的电刷支持器，进一步包括：

位于导管和套筒之间的纵向槽，用于装入终端连接并与其相接触；和

位于槽内的终端线夹，其中与外部电源相连的导线盘绕到导管外的终端线夹。

16.一种用于电动装置机壳内的电刷支持器，包括：

安装在上述装置机壳内的圆柱形套筒，该套筒有一向内的开口，该开口朝向上述装置转向器，径向延伸；

固定在圆柱形套筒内的导管，该导管具有一朝向该转向器向内延伸的端部，导管比圆柱形套筒长，以使其端部超出开口；

可滑动地放置在上述导管内的U形分流器，该分流器有沿径向从内伸向上述装置的转向器的支片，以及从支片向外伸出的凸缘；

位于上述分流器支片之间的电刷；

位于上述电刷和分流器内表面之间的常力弹簧，该弹簧具有一对通过紧靠在凸缘而定位的盘绕端和用来与上述电刷的一端相接的中间部，该中间部以一常力弹性地将上述电刷紧靠在上述装置的转向器上；

连接电刷和U形分流器的抽头导线；

上述导管有两对纵向延伸的径向槽，用来装入和放置上述的分流器和电刷；

位于导管和套筒之间的纵向槽，用于装入终端连接并与其相接触；和

位于槽内的终端线夹，其中与外部电源相连的导线盘绕到导管外的终端线夹。

位于上述套筒径向外端内的可拆卸的螺帽，用来在装置运行期间将上述的分流器、弹簧和电刷在保持在上述套筒内。

17.根据权利要求16所述的电刷支持器，其中，U形分流器的厚度是均匀的。

18.根据权利要求17所述的电刷支持器，其中，U形分流器是由导电材料制成的。

19.根据权利要求18所述的电刷支持器，其中，导管是由能实现更严格的公差并在上述装置的运行中能够进行散热、降噪和减振的材料制成。

20.根据权利要求19所述的电刷支持器，其中，导管的材料是由导电材料制成的，包括铜，但并不仅限于此。

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