CN1618151B - 碳刷盒及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碳刷的且特别是多层碳刷(12)的碳刷盒(10)，它用一种至少在碳刷侧有一绝缘层(20)的金属板制成。为了成本合算地大批量制造相应的碳刷盒并且同时降低噪声，提出如下措施：用于碳刷盒的金属板(42)是一种有一锡层的钢板，该钢板具有作为绝缘层的涂覆物。

Description

碳刷盒及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于碳刷且尤其是多层碳刷的碳刷盒，它是用一种至少在碳刷侧有一绝缘层的金属薄板制成的。本发明还涉及用于碳刷如多层碳刷的碳刷盒的制造方法。
背景技术
所谓的碳刷盒(也称之为碳刷握)是批量产品，每年为多层碳刷提供约4000万件，这类碳刷主要用在洗衣机的电动机上。相应的碳刷握通常用黄铜板制成，因为这样能获得良好的导电性。黄铜板还有可加工性方面的优点，就是说工具成本低。
如果将多层碳刷装配到相应的用导电材料做成的碳刷握中，则为了避免短路电流而需要选择大的轴向和径向的游隙，在此，轴向游隙大于径向游隙。在这里，轴向和径向涉及到多层碳刷支撑于其上的换向器。由于洗衣机上的电动机既可右旋工作，也可左旋工作，所以碳刷翻转并经过碳刷边缘。这样会发出噪声。在翻转位置上时，多层碳刷的碳条与碳刷握线接触，因而会导致短路电流，结果，出现高的线圈温度和换向器温度。
为了将相应的碳刷盒或碳刷握也能用在大气温度高的地方，须采用电镀涂覆的黄铜板如镀镍黄铜板以防止出现铜绿。
黄铜板当然是很贵的，所以可改用两面电镀黄铜的钢板作为碳刷握材料。但其缺点是加工很复杂，因此会付出相当高昂的工具成本。
此外，已知有用钢板做的碳刷握或碳刷盒，但钢板也因为易生锈而有缺点。
EP 0358812A1公开了一种用于多层碳刷的金属电刷筒，其中，在筒壁上涂有一层由聚四氟乙烯构成的绝缘层。为使聚四氟乙烯在金属板材上具有足够的附着力，须采用火焰喷涂并随后进行烧结的方法。这种涂覆方法不仅昂贵，而且有下述缺点：涂层相当厚，误差也较大，结果，由相应设计的碳刷盒所容纳的碳刷具有不希望有的游隙，该游隙一方面导致产生噪声，另一方面又导致碳刷磨损相当严重。如果采用例如喷射法涂敷相应的聚四氟乙烯层，固然可得到较薄的层，但这些层显然在其范围内没有机械强度，所以，用在碳刷握中从技术上讲是合理的。
在US 3,983,432中介绍了一种碳刷握，它有一个用塑料做的托板，碳刷所用的金属盒便设置在该托板中。
在EP 0547437A2中介绍了一种用黄铜板制成的碳刷管，该碳刷管可嵌装在由绝缘材料做成的碳刷外壳中并能锁定于其中。
在根据EP1117160A1的碳刷保持装置里，一托板用塑料制成，在该托板中彼此间隔开地固定着用金属做的碳刷盒部分。
DE 934001C公开了一种用金属做成的碳刷握。为了消除由沉积油膜造成的腐蚀而提出如下措施，即在金属上覆上一层酚醛合成树脂漆。
发明内容
本发明的课题是改进碳刷盒及其制造方法，从而使碳刷盒可作为大批量产品而成本合算地制造。此外，在工作中应出现很小的噪声。也可以获得碳刷磨损的减小。
根据本发明，该课题主要通过一碳刷盒这样完成，即金属板是一个有一锡层的钢板，它有一个作为绝缘层的涂覆物。在这里，涂覆物尤其是漆，如酚醛树脂漆、环氧树脂漆或聚苯乙烯漆，但不应以此来限制形成绝缘层的涂覆物。
涂覆物本身应按照0.01mm≤Da≤0.05mm的厚度Da被涂覆在镀锡钢板上。如果钢板是从钢板卷中拉出来的，则可实施连续涂覆作业，以便将随后使从钢板卷中拉出来的涂覆钢板经过一直通炉并被硬化。一般为此采用环氧树脂漆，所用时间为10～20分钟，所用温度为180℃～220℃。通过以上措施，可获得特定的均匀层厚，即层厚公差很小。尽管层厚很小如为0.02mm范围，但在获得甚良好的机械强度的同时，还有足够的绝缘作用。
因此，根据本发明使用这样的镀锡板，即它能够成本合算地供货，工具成本低廉并且加工简单易行。不会有生锈或产生铜绿的危险。因此，在保持其优点的同时，还可避免已知的碳刷盒的缺点。
在本发明的另一改进方案中规定，在碳刷和碳刷盒之间存在一个轴向游隙和/或一个径向游隙，它对应于DIN-标准43008，这种可能是现有技术满足不了的。这样，就可实现碳刷的准确导向，从而可将噪声减小到最低程度。与此同时，可避免碳刷盒-碳刷和换向器及其线圈这一系统不希望有的升温，从而可抑制碳刷磨损。
通过比较测量而令人惊讶地发现了，采用本发明的碳刷盒与采用用黄铜做的碳刷盒相比能获得15～20％的磨损减小。这意味着，其碳刷结构长度比现时所用的缩短15～20％的电机可以达到所要求的使用寿命。因而，能够减小电动机所占空间。还能节省材料。相反，在保留常用碳刷的情况下也能延长维修间隔时间，这样，特别对工业所用的或半工业所用的如在租赁设备中使用的电动机来说，带来了优点。
根据另一项建议规定，镀锡钢板的一些部分没有涂层，即没有电绝缘材料。相应的部分于是也可用作一个成品碳刷的功能区，如用于导电体的接线片。
为了将本发明的碳刷盒装入一个用导电材料做成的托板中如装入轴承盖中，特别规定，碳刷盒被容纳在一个用导电材料做成的接受部件如外壳中。
还有一个可能性就是使碳刷盒在两侧都有一个由电绝缘材料形成的层。
同样，特别由环氧树脂漆、聚苯乙烯漆或酚醛树脂漆形成的电绝缘层也在外侧有一个0.001mm-0.05mm的厚度。必要时，碳刷盒的外表面可以只在一些部位上有电绝缘材料，借此实现与托板的连接。
制造上述类型的碳刷盒的方法的特征在于下述步骤：
-使用一个要从钢板卷中拉出来的镀锡钢板，
-在将钢板从钢板卷中拉出来的同时，用一种涂覆物连续对钢板实施涂覆，
-引导涂有涂覆物的钢板通过一直通炉并随即形成碳刷盒，在此，尤其是这种形成是通过裁切和/或冲压和弯曲和/或折叠实现的。
附图说明
本发明的其它细节、优点和特征不仅可从包含有关特征的各项权利要求中和/或从各项权利要求的结合中看出，而且可从下面对附图的说明所涉及的优选实施形式中看出。附图表示：
图1表示配有多层碳刷的碳刷盒的第一实施形式；
图2是图1所示碳刷盒的横断面图；
图3表示一个金属板的各部分；
图4是按照现有技术的碳刷盒和安置于其中的碳刷的原理图；
图5表示碳刷盒的第二实施形式；
图6表示图5所示碳刷盒局部；
图7表示碳刷保持装置的托板的局部。
具体实施方式
图1单纯从原理上示出一个碳刷盒10(亦称作碳刷握)，该碳刷盒在本实施例中引导并容纳一个多层碳刷12，但并不以此限制本发明。根据该实施例，多层碳刷12由两个碳条14、16构成，这两个碳条彼此间通过绝缘层18分隔开。相应的多层碳刷12例如用在洗衣机电动机上。
按照本发明，碳刷盒10包括一个冷轧钢板部分，其厚度D s约为0.5mm，该钢板有一个锡层，该锡层例如是采用电解法镀上去的。锡层厚度例如可为2g锡/m2钢板面积，这样做这是为了举例给出数值而已。相应的镀锡钢板也称之为镀锡板。
根据本发明，镀锡板在碳刷侧有一个由电绝缘材料形成的层20，该层特别是一个漆层如酚醛树脂漆层、环氧树脂漆层或聚苯乙烯漆层。由电绝缘材料形成的层的厚度在0.001mm-0.05mm之间，最好是0.01mm-0.03mm。层20可采用一种连续涂覆方法被涂到镀锡板上，尤其在镀锡板是从钢板卷中拉出来的情况下。所涂的漆层然后可在一直通炉中被硬化，在炉中的经历时间为10-20分钟，所处的温度为180℃-220℃。
相应地，薄绝缘层具有足够高的机械稳定性并且同时有足够强的电绝缘性能。这样，只要求碳刷盒10相对碳刷12有窄的形状配合关系，结果，径向游隙Sr和轴向游隙Sa就换向器转轴而言可以很小。此外，可如此调整径向游隙和轴向游隙，即它能完全符合DIN-标准43008。这样，在工作中就几乎抑制了发出噪声。同时，一方面可降低碳刷盒10和碳刷12系统的不希望有的升温，另一方面也可降低换向器和电枢绕组的不希望有的变热，从而可减小碳刷12的磨损。
上述优点在现有技术中是得不到的，如参照图4所述。图4单纯从原理上表示用黄铜制成的碳刷握的界壁22、24，它用于轴向引导多层碳刷26，碳刷本身安置在一个用于导电的换向器28上。为了减少短路现象，在碳刷26和碳刷盒之间必须选择相当大的轴向和径向游隙，在此，轴向游隙大于径向游隙。当用在左右旋转地工作的洗衣机上时，碳刷26翻转并以其碳条30、32(部位34、36)线接触界壁22、24，从而使短路电流流通。结果，产生高的线圈温度和换向器温度，从而导致磨损增大。发出的噪声也相当大。
根据本发明的碳刷盒10的设计和针对多层碳刷12的外部几何轮廓的严密形状吻合能够减小轴向和径向游隙，结果，阻止了不希望有的升温，噪声被降低了或者几乎完全得以避免。此外，对用黄铜制成的碳刷盒所做的比较测量表明，根据本发明的碳刷盒所容纳的碳刷的磨损可减小15-20％。这样，在确保所要求的使用寿命的条件下，可使用结构长度缩短15～20％的碳刷，从而又可减小电动机所占空间，还可节约所需材料。相反，如果使用有普通长度的碳刷，则能延长维修时间间隔，这是有利的，这个优点对工业所用或半工业所用的电动机来说是很明显的。
如参照图1、2所述，如果用镀锡钢板制成的本发明碳刷盒10只在碳刷侧涂有电绝缘材料如漆，则还有这样的可能性，即对一种碳刷盒40进行里外两面的涂覆，如参照图5、6所述。碳刷盒40也是由一个用镀锡钢板制成的基体42构成的，该基体的里外两面都用一种特别由环氧树脂漆做成的电绝缘层44、46来涂覆，其厚度为0.001mm-0.05mm。随后，相应的碳刷盒40可以直接嵌装到一个用导电材料做成的托板中如基体42中，它不需要附加的绝缘了。如果将碳刷盒10如图1、2所示地嵌装到一个相应的托板中，那么碳刷盒10首先得由一个用电绝缘材料做成的接受器如外壳来容纳，该外壳本身是与托板相连的。
根据图1所示的实施例，原则上还有一个多层碳刷44被容纳在碳刷盒40里，该碳刷按已知方式由碳条46、48和一个介于碳条之间的绝缘层50构成。
此外，碳刷盒40按常规方式具有弹性腹部52、54。
碳刷盒10、40所用的镀锡钢板可以(如图3所示)完全地(图3左)或部分地(图3右)具有用电绝缘材料形成的层如漆层。未涂覆的部位如在图3中用标记56所示的部位可以用作功能区。在把从卷材或带材中拉出来的镀锡钢板冲切成展开的碳刷握时，未涂覆的部分或条带56例如可被用作电接线部分。

Claims (19)

1.一种用于碳刷(12，44)的碳刷盒(10，40)，它由至少在碳刷侧有一绝缘层(20，44)的金属板(42)构成，其特征在于：该碳刷盒(10，40)的金属板(42)是一个有一锡层的钢板，该钢板有一作为绝缘层(20，44)的涂覆物，其中该涂覆物的厚度Da为0.001mm≤Da≤0.05mm。
2.如权利要求1所述的碳刷盒，其特征在于：该涂覆物是一种漆或含有这种漆。
3.如权利要求2所述的碳刷盒，其特征在于：该漆是酚醛树脂漆、环氧树脂漆和/或聚苯乙烯漆、或含有所述漆。
4.如权利要求1所述的碳刷盒，其特征在于：该钢板的厚度Ds为0.1mm≤Ds≤0.8mm。
5.如权利要求1所述的碳刷盒，其特征在于：该钢板的厚度Ds为0.5mm。
6.如权利要求1所述的碳刷盒，其特征在于：在该碳刷(12)和该碳刷盒(10)之间存在的轴向游隙和/或径向游隙符合DIN-标准43008。
7.如权利要求1所述的碳刷盒，其特征在于：该钢板在局部没有涂层。
8.如权利要求7项所述的碳刷盒，其特征在于：该钢板在一个区域(56)里没有涂层，该区域是碳刷盒的功能区。
9.如权利要求1所述的碳刷盒，其特征在于：该碳刷盒(10)由一个用电绝缘材料做成的接受器容纳，该接受器本身与一个用导电材料做成的托板相连。
10.如权利要求1所述的碳刷盒，其特征在于：该碳刷盒(40)的里外两面都有一层涂覆物(44，46)。
11.如权利要求1所述的碳刷盒，其特征在于：所述碳刷(12，44)是多层碳刷。
12.如权利要求9所述的碳刷盒，其特征在于：所述接受器是外壳，所述托板是轴承盖。
13.用于如权利要求1-12之一所述碳刷的碳刷盒的制造方法，其特征在于，该方法有以下步骤：
-使用一要从钢板卷中拉出来的镀锡钢板，
-把钢板从钢板卷中拉出来并用一种涂覆物连续涂覆该钢板，
-引导涂有该涂覆物的钢板通过一直通炉，随后
-形成该碳刷盒。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于：这种形成是通过对钢板进行裁切和/或冲压和弯曲和/或折叠实现的。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于：被涂覆的钢板在5分钟≤t≤30分钟的时间t里、在160℃≤T≤250℃的温度T下在该直通炉中被引导通过。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于：该涂覆物是这样涂在镀锡钢板上的，即在硬化后，其层厚度Da达到0.001mm≤Da≤0.05mm。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于：采用厚度Ds为0.1mm≤Ds≤0.8mm的钢板。
18.如权利要求13所述的方法，其特征在于：所述碳刷是多层碳刷。
19.如权利要求13所述的方法，其特征在于：被涂覆的钢板在10分钟≤t≤20分钟的时间t里、在180℃≤T≤220℃的温度T下在该直通炉中被引导通过。
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