CN1856926A - 具有转动固定地布置的换向器的直流电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流电动机，它具有壳体、转子以及包括电绕组的定子。设有换向器－碳刷装置以便给电绕组供电。定子包围包括轴和永磁体的转子。为了改善对用于车辆制动系统中的泵的驱动设想，转动固定地设置换向器，并且设置可随转子转动并可沿磨损方向相对于换向器跟进移动的碳刷。

Description

具有转动固定地布置的换向器的直流电动机

技术领域

本发明涉及一种直流电动机，它具有壳体、转子、以及包括电绕组的定子，其中设有换向器-碳刷装置，以根据转子的转动位置为电绕组通电，并且其中定子包围包括轴和永磁体的转子。

背景技术

由于绕组安装在沿径向在外部包围转子的定子上，使得含铜率很高。这对于直流电动机的性能有积极的影响。在机电一体化领域内的应用中，尤其是在汽车工程领域内，通常要求提供功率大而尺寸较小的电动机。随着微电子器件小型化的不断发展，也要求机电模块进一步小型化。对用于驱动车辆设备的直流电动机的一个附加要求是实现平滑无故障的运行。尤其当直流整流式电动机用于驱动液体泵时，这要求提高花费以避免或存储/排出泄漏液体以及进行密封。原因在于，制动液和碳尘的混合物的进入可严重损害换向器的功能。

发明内容

为了解决上述问题，对于所述类型的直流电动机建议，转动固定地/不可相对转动地(drehfest)设置换向器，并设有可随转子转动并可沿磨损方向相对于换向器跟进/移动(nachfhren)的碳刷。与现有技术的电动机不同，本发明的直流电动机设有位置固定的换向器，其中碳刷随转子一起转动。由于碳刷与转子相配，而不是如以前那样与定子相配，因此可以这样一种安装空间的分配，这种分配可改善直流电动机在用于由该直流电动机驱动的泵的容纳件上的集成。

适宜的是，将碳刷布置成使发生作用的离心力不会减小碳刷的压靠力。此外，通常不需要由碳刷接触力进行支承，因为这将增大摩擦引起的损失。认为最佳的是调整为至少基本上是力平衡的。

根据本发明的一个有利的实施形式，转子是碗状的，设计成包括用于保持永磁体的碗壁的支承体。永磁体不可相对转动地安装在碗壁的径向外侧。在碗的内部设置有碳刷，碳刷相对于转子布置成不可相对转动的，但是可沿换向器的方向线性进给。

在另一有利的实施形式中，碳刷设置在集成于碗内部的碳刷保持装置中。这种设置使得可以简化碳刷组件在支承体中的安装。

对于碳刷保持装置的一定的旋转带动量(Drehmitnahme)，碳刷保持装置可设置有形状接合地作用在支承体的凹口上的卡扣(Mitnehmer)，或者反过来设置。该卡扣例如可设计为形状锁合地或者也可力锁合地作用在对应件上的凹口、凹槽等中的台阶、突起、锯齿状突起等。为此，碳刷保持装置优选由塑料材料制成。

由于换向器设计为扁平地位于电动机的壳体件上并与轴垂直地延伸，碳刷可沿换向器的方向平行于轴跟进移动，所以有利地减小了直流电动机的结构长度。这种结构形式还使得离心力对碳刷接触力的影响减到最小。

当换向器设置在盖上或者设置在位于轴与输出部相对的一侧的电动机碗状底部时，可以非常好地保护换向器-碳刷装置免受驱动泵的泄漏液体进入的损害。原则上，依照另一实施形式，甚至可以设想将换向器-碳刷装置靠近输出端布置，因为轴向换向器能够将污染物甩出。换向器-碳刷装置包括至少两个极性相反地充电的碳刷，并且在极性相反地充电的碳刷之间设置电连接。该电连接特别有利地集成地布置在碳刷保持装置内。在本发明的又一有利的实施形式中，极性相反地充电的碳刷沿直径方向相对设置。

如果碳刷保持装置的中心设计成中空的，并且承载换向器的壳体构件附加地承载至少部分地伸入碳刷保持装置的中空的中心的抗干扰装置，可实现特别节省空间的布置。

在另一具有较小结构尺寸的电动机的结构形式中，极性相反地充电的碳刷沿直径方向彼此相对设置，其中一个碳刷设置在碳刷保持装置的中心，而另一个碳刷位于中心的径向外侧，并且碳刷保持装置包括集成的抗干扰装置，该抗干扰装置相对于沿径向设置在外侧的碳刷沿直径方向相对设置。

如果碳刷具有圆形或者多角形-尤其是正方形的横截面，同时碳刷保持装置包括用于形状锁合地容纳碳刷的成型加工的导向装置时，可在对碳刷精确导向的同时实现减小碳刷磨损的设计。

为了从厂商获得作为可独立操纵和可独立测试的设备的直流电动机，设想盖或电动机碗状部这样承载用于支承轴的轴承，使得允许电动机进行测试运行，并且在电动机的常规工作中，轴承力可通过该轴承直接被引入用于容纳从动件的容纳件。为此，将安装有电动机的轴承推入容纳件的台阶孔内。

如果轴不可相对转动地与用于永磁体的支承体相连，其中轴特别是设计成与支承体形锁合、力锁合、材料锁合或一体地连接，可简化转子的制造。

为了改善直流电动机的电接触，由于沿轴向定向地组装换向器和电绕组而在这两个构件之间实现自动电接触是适宜的。为此在换向器与绕组之间设置弹性预加载的弹簧柱。弹簧柱可以安装在绕组上，或者换向器片上，或者安装在设置在绕组与换向器之间的单独的构件上。

本发明还涉及带有上述直流电动机的电动液压设备。

附图说明

从下面参照附图的说明中可得到本发明的更多细节。在附图中：

图1是具有结构尺寸较小的、利用凸缘安装的直流电动机的设备的纵向剖视图；

图2是一个变型的实施形式的放大的纵向剖视图；

图3是沿图2中箭头III方向的视图；以及

图4是本发明的另一个变型的实施形式。

具体实施方式

根据图1和2，直流电动机1包括电动机壳体2、带有轴4的转子3以及具有电绕组6的定子5，其中设有换向器-碳刷装置，以给电绕组6通电，并且定子5包围包括轴4和永磁体7、8的转子3。直流电动机1通过凸缘连接到容纳液压泵的容纳件(HCU)9上。直流电动机1用于驱动液压泵。穿过直流电动机1的紧固螺钉10用于将所述构件彼此固定。紧固螺钉10可穿入容纳件9，以同时用于固定电子控制单元(ECU)11。该电子控制单元设置在容纳件9与直流电动机1相对的一侧，并且除了用于致动电动液压阀之外还用于为直流电动机1供电。

定子5包括薄板制成的碗状电动机壳体2，该壳体在一侧开口并且在其中固定有带有电绕组6的绕组支架(金属板组)12，并且至少在转子3长度的一部分上包围转子3。为了支承转子，电动机壳体2的碗状底部13包括用于容纳轴承15的卡圈14以及用于轴4的输出端的通道。此外，在碗状底部13设有凹口16，该凹口尤其用于穿过插接式供能件17。凹口16可包括沿容纳件9的方向压出成形的卡圈18，卡圈18与用于轴承15的卡圈14类似。电动机壳体2的开口端设置在输出端的相对侧。壳体的开口端可通过一盖19封闭，所述盖支承有位置固定的、扁平的换向器(轴向换向器)20的，其中换向器的主延伸方向横向于轴4。在直流电动机1的这一侧没有转子轴承。换向器20是盖19的中部组成部分。盖19优选由绝缘的塑料材料制成并在周边具有凹槽21，以容纳沿径向贴靠在电动机壳体2的内壁23上的密封件22。绕组6通过插接式供能件17连接到电子控制单元11中的电源上。绕组6和插接件17之间的接通通过两个楔片(Zunge)实现。插接件17设有锁紧钩24、25，通过锁紧钩弹性地贴靠在电动机壳体2的卡圈18上来进行锁定。如图2所示，径向密封件26相对于卡圈18或相对于容纳件9密封插接件17。用于给绕组6瞬时通电的电流回路由设置在绕组下游的换向器-碳刷装置闭合。

转子3具有碗状或转轮状的并在一侧开口的支承体27。转子鼓轮(Rotortrommel)可以是深拉件/冲压件，硬化并磨光的轴4焊接到转子鼓轮上。永磁体7、8不可相对转动地并可抵抗离心力地沿径向在外部设置在碗状壁28上。永磁体7、8在支承体27上的固定优选通过粘接或铆接进行。使用例如二个、四个或六个磁极。在碗状支承体27的内部，设有容纳具有简单塑料壳体形式的碳刷保持装置30的凹口29。塑料壳体30优选利用一个或多个卡扣形状锁合地固定在支承体27上，并且包括沿换向器方向弹性地预加载并彼此电接触的两个碳刷31、32。碳刷31、32平行于轴4延伸。根据图1和2，塑料壳体在中心处有凹口。在凹口33中设置有至少电连接到+-碳刷的抗干扰装置39。碳刷31、32彼此沿直径相对地设置，以使不平衡作用减到最小。

在图2的实施例中，一个碳刷31’居中设置，而另一个碳刷32’则沿径向与其偏置设置。用于优选包括电容器和/或线圈的抗干扰装置39的凹口沿直径与径向外侧的碳刷32’相对地设置。

在所有实施例中，对转子3的支承完全在壳体构件9中进行，并且一方面通过上述的轴承15(滚动轴承)以及通过另一个滚动轴承34进行，所述滚动轴承34装入壳体构件9的台阶孔35中并支承轴端部。结果，在两个轴承34、15之间以确定的方式夹紧具有偏心轴承37的偏心器36。可在轴端部安装驱动元件(小型推进器)，以将泵泄漏的液体输送进为此设置的空间(泄漏接收腔、环境大气等)内。为此，可在轴4的端面设置推进器38，借助于槽销(Kerbnagel)将该推进器形状锁合地固定到轴4上。

图4的实施例与图1和2的不同之处仅在于电动机壳体2的碗状底部13被设计成具有集成的换向器20的端罩41，而一体成形的碗状底部设置在与轴的输出端相对的一侧，并且将台阶孔35设计成盲孔。

总而言之，本发明是基于下列基本思想：

-碳刷位于内部并沿轴向设置；

-永磁体固定在转子上；

-绕组端部形成定子；

-转子具有鼓轮的形状；

-由电动机执行螺旋紧固(操作)；

-碳刷保持装置可选地接纳抗干扰元件(主延伸方向是轴向)。

本发明的主要优点在于，由于换向器20和绕组6没有设置为彼此沿径向错开，而是设置成彼此沿轴向错开，并且沿轴向定向地连接在一起，使得构件之间能够实现自动电接触。首先，将碳刷保持装置30装入碗状的支承体27，完成后，将支承体27焊接到轴4上。

本发明的另一主要优点在于，在轴4的输出侧对转子进行支承，而轴4的相对端自由悬垂，并保持用于永磁体7、8的内部中空的支承体27，其中支承体27的空心部分用于设置沿轴向定向的碳刷31、32。为了从厂商获得完整的可以安装的直流电动机1，只利用轴承15将转子3保持在电动机壳体2中，对于厂商处进行无负载测试是足够的。

本发明并不局限于只能受到局部保护的直流电动机，而是延伸到用于具有行驶稳定性控制的防滑制动系统的完整的电动液压设备，包括用于液压部件的容纳件9，包括具有电子元件以及优选地具有用于上述直流电动机的功率级/动力级(Leistungsstufe)的电子控制单元11，所述直流电动机用驱动液体泵(制动液体泵)。

附图标记列表

1 直流电动机       27 支承体

2 电动机壳体       28 碗状壁

3 转子             29 凹口

4 轴               30 碳刷保持装置

5 定子             31 碳刷

6 绕组             32 碳刷

7 永磁体           33 开口

8 永磁体           34 轴承

9 壳体构件         35 台阶孔

10 紧固螺钉        36 偏心器

11 电子控制单元    37 偏心轴承

12 绕组支架        38 推进器

13 碗状底部        39 抗干扰装置

14 卡圈            40 弹簧

15 轴承            41 端罩

16 凹口

17 供能件(插接件)

18 卡圈

19 盖

20 换向器

21 凹槽

22 密封件

23 内壁

24 锁紧钩

25 锁紧钩

26 径向密封件

Claims (18)

1.一种直流电动机(1)，具有电动机壳体(2)、转子(3)、以及包括电绕组(6)的定子(5)，其中，设有换向器-碳刷装置，以根据转子(3)的转动位置为电绕组(6)通电，并且定子(5)包围包括轴(4)和永磁体(7，8)的转子(3)，其特征在于，换向器(20)转动固定地设置，并且设置有可随转子(3)转动并可相对于换向器(20)沿磨损方向跟进移动的碳刷(31，32)。

2.如权利要求1所述的直流电动机，其特征在于，所述转子(3)包括用于永磁体(7，8)的碗状支承体(27)，永磁体(7，8)以可转动地固定的方式设置在该碗状支承体(27)沿径向朝外的碗状壁(28)上，碳刷(31，32)以可转动地固定的方式设置在所述碗的内部。

3.如权利要求2所述的直流电动机，其特征在于，所述碳刷(31，32)设置在布置于所述碗内部的碳刷保持装置(30)中。

4.如权利要求3所述的直流电动机，其特征在于，所述碳刷保持装置(30)包括至少一个形状锁合地作用在支承体(27)上或者相反地设置的卡扣。

5.如权利要求3所述的直流电动机，其特征在于，所述碳刷保持装置(30)由塑料材料制成。

6.如权利要求1所述的直流电动机，其特征在于，换向器(20)设计成扁平地贴合在电动机的壳体构件上，并横向于轴(4)延伸，碳刷(31，32)可沿换向器(20)的方向平行于轴(4)跟进移动。

7.如权利要求6所述的直流电动机，其特征在于，所述换向器(20)设置在盖(19)上或设置在电动机壳体(2)的底部上。

8.如权利要求7所述的直流电动机，其特征在于，所述盖(19)或底部这样承载用于支承轴(4)的轴承(15)，使得允许直流电动机(1)进行测试运行，并且在直流电动机(1)的正常运行中，轴承力通过轴承(15)被引入用于容纳从动件的容纳件(9)内。

9.如权利要求3所述的直流电动机，其特征在于，所述碳刷保持装置(30)包括至少两个极性相反地充电的碳刷(31，32)，并且在所述极性相反地充电的碳刷之间设置电连接。

10.如权利要求9所述的直流电动机，其特征在于，在所述两个碳刷(31，32)之间建立的电连接集成在碳刷保持装置(30)内。

11.如权利要求9所述的直流电动机，其特征在于，所述极性相反地充电的碳刷(31，32)沿直径方向彼此相对设置。

12.如权利要求3和6所述的直流电动机，其特征在于，所述碳刷保持装置(30)的中心处是中空的，并且碳刷保持装置(30)包括壳体构件，所述壳体构件承载至少部分地伸入碳刷保持装置(30)的中空的中心处的抗干扰装置(39)。

13.如权利要求9所述的直流电动机，其特征在于，所述极性相反地充电的碳刷(31，32)沿直径方向彼此相对设置，其中一个碳刷(31)设置在碳刷保持装置(30)的中心，而另一个碳刷(32)沿径向设置在中心的外部，并且碳刷保持装置(30)包括集成的抗干扰装置(39)，该抗干扰装置相对于沿径向设置在外部的碳刷(32)沿直径方向相对设置。

14.如权利要求1所述的直流电动机，其特征在于，所述碳刷(31，32)具有圆形或多角形，尤其是正方形的横截面，碳刷保持装置(30)包括用于形状锁合地容纳碳刷(31，32)的成型加工的导向装置。

15.如权利要求2所述的直流电动机，其特征在于，轴(4)不可相对转动地与用于永磁体(7，8)的支承体(27)连接，其中轴(4)设计成特别是与支承体(27)体形锁合、力锁合、材料锁合或一体地连接。

16.如上述权利要求中一项或多项所述的直流电动机，其特征在于，由于换向器(20)和电绕组(6)沿轴向定向地组装，因此在所述构件之间设有自动电接触。

17.如权利要求16所述的直流电动机，其特征在于，设置有用于换向器(20)与绕组(6)之间的电接通的弹性预加载的弹簧柱(40)，所述弹簧柱(40)可设置在绕组(6)上，或者换向器片上，或者设置在布置在绕组(6)与换向器(20)之间的单独的元件上。

18.用于具有行驶稳定性控制的防滑制动系统的电动液压设备，包括用于液压部件的容纳件(9)，包括具有电子元件以及优选地具有用于如权利要求1至17中一项或多项所述的直流电动机的功率级的电子控制单元(11)，所述直流电动机用于驱动液体泵。

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