CN1897423A - 整流子电机 - Google Patents

Abstract

一种电机(14)包括转子(20)、整流子(70)、电刷(50)和推压构件(60、61)。整流子(70)具有整流表面(71)。整流子(70)通过所述整流表面(71)对供应到所述转子(20)的电流进行整流。转子(20)通过被供应电流而旋转。电刷(50)经由所述整流表面(71)与所述整流子(70)接触。转子(20)通过所述电刷(50)被供应电流。当所述转子(20)和所述整流子(70)沿着旋转方向(R)相对于所述电刷(50)旋转并且所述整流子(70)间歇接触所述电刷(50)时，所述电刷(50)在所述电刷(50)的进入侧与所述整流子(70)开始进行接触。推压构件(60、61)向着所述进入侧推压所述电刷(50)。

Description

整流子电机

技术领域

本发明涉及整流子电机。

背景技术

例如，整流子电机被应用到从燃油箱供应燃油到内燃机中的燃油泵。燃油泵具有对从燃油箱抽取的燃油加压并将其排出到发动机中的泵设备。在这样的燃油泵中，需要确保用于转动燃油泵转子的转矩以增强所排出燃油的量和压力。根据US2003/0202893A1(JP-A-2004-28083)，燃油泵具有单独提供的中心芯和线圈芯。在此结构中，绕组的密度可增大，使得燃油泵产生的转矩可以提高，同时限制设备主体变大。

在US′893中公开的结构中，燃油泵包括具有整流子(commutator)的电机，该整流子由多个段构成。这些段与电刷接触，并且供应到整流子的电间歇中断。在此结构中，当电刷从整流子脱离时，由于残余电流而使得电刷和整流子之间易于放电。当电刷和整流子在其间产生放电时，电刷和整流子可能以带电方式地导致磨损。结果，电刷和整流子的工作寿命可能减小。

发明内容

考虑到上述和其他问题，本发明的目的是提供一种包括电刷和整流子的整流子电机，该电刷和整流子适于限制在其间产生放电。

根据本发明的一个方面，电机包括转子。该电机还包括具有整流表面的整流子。整流子通过所述整流表面对供应到所述转子的电流进行整流。转子通过被供应电流而旋转。该电机还包括经由所述整流表面与所述整流子接触的电刷。转子通过所述电刷被供应电流。当所述转子和所述整流子沿着旋转方向相对于所述电刷旋转并且所述整流子间歇接触所述电刷时，所述电刷在所述电刷的进入侧开始与所述整流子进行接触。该电机还包括向着所述进入侧推压所述电刷的推压构件。

可选地，该推压构件向所述电刷施加推压力。在所述进入侧上施加到所述电刷的推压力大于在所述进入侧相对于所述旋转方向的相反侧上施加到所述电刷的推压力。

附图说明

从结合附图所做的以下详细说明，本发明的上述和其他目的、特性与优点将变得更清楚。附图中：

图1是示出根据第一实施例的燃油泵的纵向局部剖视图；

图2是沿图1中的线II-II所取的局部剖视图；

图3A是从图2中箭头IIA观察时的示意图，和图3B是沿图3A中的线IIIB-IIIB所取的局部剖视图；

图4是沿图3B中的线IV-IV所取的局部剖视图；

图5是示出燃油泵的线圈结构的示意图；

图6是示出燃油泵的电刷和整流子之间的电流和电压的效应的时序图；

图7是示出被施加力的电刷的视图；

图8是示出在电刷和整流子之间流动的电流、以及浪涌电压(surgevoltage)的曲线图；和

图9是示出根据第二实施例的燃油泵的电刷的示意图。

具体实施方式

(第一实施例)

如图1所示，燃油泵10是设置到诸如汽车的车辆中的燃油箱内部的油箱内装式泵(in-tank type pump)。燃油泵10将燃油箱中的燃油供应到内燃机。燃油泵10包括泵设备12和电机设备14。泵设备12对从燃油箱抽取的燃油加压。电机设备14驱动泵设备12。电机设备14是具有电刷的DC电机。燃油泵10包括基本圆筒形的外壳16。外壳16具有内周，其中永磁体18沿着壳体的圆周方向设置到该内周上，使得永磁体18布置成基本环形。转子20设置在基本环形的永磁体18的内周中，使得转子20相对于永磁体18基本共轴。

泵设备12包括壳主体31、壳封盖32和作为转子构件的叶轮33。壳主体31和壳封盖32形成基本上C形的泵通道34。壳主体31和壳封盖32在其间可旋转地容纳叶轮33。壳主体31和壳封盖32例如由铝模铸形成。壳主体31被挤压插入到外壳16的一个轴向端部。轴承35设置到壳主体31的中心。在壳封盖32被壳主体31环绕的情况下，壳封盖32例如通过卷边固定到外壳16的一个端部。止推轴承36固定到壳封盖32的中心。转子20具有轴21，轴21在其一个端部处可旋转地由轴承35径向支撑。轴21由止推轴承36轴向支撑。轴21的另一端由轴承37可旋转地径向支撑。

壳封盖32具有燃油入口38。在其周边上具有叶片凹槽的叶轮33在泵通道34中旋转，使得燃油箱(未示出)中的燃油通过燃油入口38被抽入泵通道34中。抽入泵通道34中的燃油通过叶轮33的旋转被加压，并且排出到电机设备14的泵室22中。

外壳16具有位于壳主体31和壳封盖32两者相反侧上的另一个端部。外壳16的所述另一个端部设置有电机壳体41和排放封盖42。电机壳体41置于排放封盖42和外壳16之间。排放封盖42被卷边，并由此被固定到外壳16。电机壳体41具有连通通道44，其使泵室22与排放封盖42的燃油通道43连通。

如图2所示，电机壳体41具有容纳室45，该容纳室45相对于其轴向方向可滑动地容纳电刷50。电机壳体41用作限定出接纳电刷50的容纳室45的外壳构件。电机壳体41的容纳室45容纳电刷50和用作推压构件的弹簧60。弹簧60使电刷50推压到转子20一侧。

参照图1，排放封盖42具有燃油排放部分46和环绕轴21外周的连接器47。排放部分46具有燃油通道43和压力控制阀48。燃油通道43通过压力控制阀48的阀构件49被接通或者关闭。当燃油泵10内的燃油压力变得大于预定压力时，阀构件49接通燃油通道43。连接器47具有端子471。参照图2，端子471与传导构件51电连接。如图3A、3B所示，传导构件51在电刷50的位于端子471相反侧上的端部处与电刷50电连接。

参照图1，转子20可旋转地容纳在外壳16中。线圈23由具有绕组缠绕其外周的芯构成。整流子70为基本圆盘形状。整流子70布置在图1中转子20的上侧。就是说，整流子70设置到转子20在泵设备12的相反侧上的端部。整流子70与通过弹簧60按压到整流子70上的电刷50接触。

电能从未示出的电源供应到端子471，因此转子20的线圈23经由传导构件51、电刷50和整流子70被供应电能。转子20由供应到线圈23的电能旋转，使得叶轮33与转子20和轴21一起旋转。整流子70随转子20的旋转而旋转。整流子70在保持与电刷50接触的同时旋转。叶轮33与转子20的轴21一起旋转，使得燃油通过燃油入口38抽入泵通道34中。抽入泵通道34中的燃油通过承受来自叶轮33的叶片凹槽的动能而从泵通道34排出到泵室22中。排出到泵室22中的燃油在经过转子20周围和燃油通道43之后被供应到燃油泵10外部。

下面，将说明电刷50。

参照图2、3A、3B和4，电刷50容纳在电机壳体41的容纳室45中。电刷50在容纳室45可轴向移动。例如，电刷50在被电机壳体41导向的情况下轴向往复移动。参照图3A、3B，在电机壳体41中相对于其周向部分地限定出开口411。与电刷50连接的传导构件51通过电机壳体41的开口411暴露。在此结构中，即使当电刷50在电机壳体41中轴向往复移动时，传导构件51也随电刷50轴向移动，因此可以维持传导构件51和电刷50之间的连接。电机壳体41的容纳室45的内部大于电刷50。电刷50和电机壳体41在其间具有微小间隙。图3A、3B和4中描绘的电刷50和电机壳体41之间的微小间隙可能稍大于其实际尺寸，用于便于解释该结构的目的。

电刷50在电刷50的一个轴向端部处与弹簧60连接。弹簧60在弹簧60的一个端部处与电刷50连接。弹簧60在弹簧60的另一个端部处与电机壳体41的顶部412连接。弹簧60是弹性的。在此结构中，电刷50被按压到整流子70的整流表面(rectifying surface)71上。电刷50在整流子70一侧上的端部表面52与作为整流子70在电刷50一侧上的端部表面的整流表面71接触。整流子70由在周向上分开的多个段72构成。

如图5所示，每个段72与每个线圈绕组23连接。每个电刷50反复接触整流子70的每个段72，使得供应到线圈23的电流被整流。整流子70与转子20一起沿着图3A、3B、4和5中所示的箭头R表示的旋转方向旋转。

参照图3A、3B、4，当整流子70旋转时，电刷50从电刷50的进入一侧(进入侧)与旋转的整流子70接触。相反，当整流子70旋转时，电刷50和旋转的整流子70之间的接触在电刷50的分离一侧(分离侧)上解除。就是说，在图3A、4中，电刷50的左侧对应于进入侧，而电刷50的右侧对应于分离侧。

参照图5，在具有以星形连接方式连接的线圈23的转子20结构中，每个线圈23的一个端部与连接部分24连接，并且线圈23的另一个端部与整流子70的段72中相对应的一个连接。所以，如图6所示，当电刷50和整流子70的段72之间的接触解除时，残余电流di在短时间段dt内剧烈变化。结果，线圈23中蓄积的电能在电刷50和整流子70之间释放，使得在电刷50和整流子70之间施加了浪涌电压Vs。因此，电刷50和整流子70在其间产生放电。电刷50和整流子70之间的放电可能以电方式造成电刷50和整流子70之间的烧蚀。

在此实施例中，参照图1至4，电刷50在整流子70的相反侧上具有斜面53。斜面53的倾斜使得电刷50的长度从电刷50的进入侧到分离侧减小。就是说，电刷50的长度在进入侧一侧上较长。电刷50的长度在分离侧一侧上较短。弹簧60在上部412的相反侧上的端部与电刷50的斜面连接。弹簧60的推压力基本上垂直地施加到斜面53。所以如图7所示，表示弹簧60推压力方向的作用线La基本上垂直于斜面53。弹簧60的推压力被施加到电刷50的斜面53，使得弹簧60在使电刷50向着进入侧倾斜的同时将电刷50按压向整流子70。

在此结构中，参照图3A、4，电刷50经由整流表面71与整流子70接触。转子20通过电刷50被供应电能。当转子20和整流子70沿着旋转方向相对于电刷50旋转并且整流子70与电刷50间歇接触时，电刷50在电刷50的进入侧上开始与整流子70进行接触。电刷50具有在整流子70位于图3A下侧的一侧上的第一电刷端部。电刷50具有在整流子70的相反侧上(即图3A的上侧上)的第二电刷端部。第二电刷端部具有斜面53。第一电刷端部相对于电刷50的轴向方向离开斜面53一定的轴向长度。电刷50的轴向方向对应于图3A中的基本垂直方向。进入侧上的轴向长度大于进入侧相对于转子20旋转方向的相反侧(分离侧)上的轴向长度。

推压构件60具有与电刷50的斜面53接触的端部。在进入侧上施加到电刷50的推压力大于在进入侧相对于旋转方向的相反侧(分离侧)上施加到电刷50的推压力。

在此结构中，如图7所示，相对于电机壳体41限定出微小间隙的电刷50向着进入侧稍微倾斜。图7所示的电刷50的倾斜可能稍微大于其实际倾斜，以便于解释此结构。

电机壳体41的容纳室45除了电刷50外还容纳弹簧60。如图3B所示，弹簧60的横截面基本上为椭圆形，因此弹簧60与斜面53接触的接触面积变大。因此，弹簧60的推压力可以稳定施加到电刷50的斜面53。

弹簧60的横截面被限定为基本椭圆形，因此弹簧60可以容纳在具有基本上矩形横截面的容纳室45中。所以，弹簧60不会突出到电机壳体41的开口411之外。结果，当弹簧60随电刷50的轴向移动而伸长和压缩时，可以限制从电刷50突出的传导构件51与弹簧60产生干涉。因此，电刷50可以被平稳移动，并且弹簧60可以被平稳伸长和压缩。

在此实施例中，参照图7，在整流子70的整流表面71处，弹簧60的作用线La相对于进入侧上的电刷50端部位于外侧。就是说，弹簧60的作用线La在交点C处与整流表面71相交，该交点C相对于进入侧上的电刷50端部处于外部区域中。弹簧60的作用线La的角度对应于电刷50的斜面53的角度而改变。所以，在此实施例中，电刷50的斜面53倾斜一个倾斜角，使得弹簧60的作用线La在电刷50的外部与整流表面71相交。电刷50的斜面53的倾斜角可以根据以下尺寸进行修改，该尺寸例如是电刷50的宽度和电刷50在整流子70一侧上的端部与斜面53之间的长度。

从弹簧60施加到电刷50的推压力的作用线La与整流子70的整流表面71在相对于电刷50的外侧相交。在此结构中，电刷50绕电刷50在整流子70一侧上的端部的角部54而在电机壳体41中倾斜。角部54位于电刷50的进入侧上。整流子70倾斜，从而电刷50通过相对于整流子70的摩擦在其角部54处向着分离侧被施加力。所以，通过弹簧60的推压力和相对于整流子70的摩擦，电刷50在电机壳体41中向进入侧倾斜。在此情况下，电刷50绕与整流子70接触的角部54倾斜，因此电刷50在位于进入侧上的电刷50端部和斜面53之间的角部55处与电机壳体41接触。电刷50与在整流子70附近的其分离侧上的电机壳体41端部接触。电刷50具有接触部分56，在此接触部分56处电刷50与在整流子70附近的其分离侧上的电机壳体41端部接触。结果，电刷50在角部55和接触部分56处与电机壳体41接触。此外，电刷50在角部54处与整流子70接触。在此结构中，当整流子70倾斜时，电刷50在包括角部54、55和接触部分56的三点处被支撑。所以，当整流子70倾斜时电刷50在电机壳体41内的适当位置中变得稳定，因此可以在燃油泵10的操作中限制产生噪声和振动。

在此实施例的上述结构中，如图8所示，可以减小在电刷50和整流子70之间施加的浪涌电压。图8描绘了具有电刷50被弹簧60向着分离侧倾斜的结构的比较示例。因此，在此实施例中，可以减小在电刷50和整流子70之间施加的浪涌电压。所以，可以限制电刷50和整流子70产生伴随燃油泵10操作而来的电烧蚀。特别地，如果燃油泵10的操作由于电刷50和整流子70产生的烧蚀而中断，朝向车辆发动机的燃油供应可能被中断。所以，例如电刷50和整流子70需要被定期更换，通常是频繁更换。相反，在此实施例中，可以限制电刷50和整流子70产生电烧蚀，因此电刷50和整流子70的工作寿命可以延长。因此，可以减小更换电刷50和整流子70的频率。

(第二实施例)

在此实施例中，如图9所示，用于将电刷50向着整流子70推压的弹簧61被使得在电机壳体41中压曲(buckling)。压曲是其中弹簧61基本在轴向上被施加压缩力使得弹簧61在电机壳体41中被弯曲的状况。弹簧61向着电刷50施加力，使得电刷50与第一实施例类似地向着进入侧倾斜。在此结构中，通过使弹簧61向着预定方向压曲，弹簧61施加力使得电刷50向着进入侧倾斜。此外，电刷50通过弹簧61被按压到整流子70的整流表面71。结果，参照图8，与比较示例相比，可以减小电刷50和整流子70的之间的浪涌电压。所以，在此实施例中，也可以限制电刷50和整流子70产生电烧蚀，因此可以延长电刷50和整流子70的工作寿命。

在此实施例中，使得弹簧61处于压曲状况，因此电刷50向着进入侧倾斜。从弹簧61施加到电刷50的推压力在与弹簧61的压曲状况相对应的方向上被改变。所以，弹簧61需要处于预定压曲状况。优选地，在图9所示的状况中，弹簧61相对于其轴向方向的大致中心部分(轴向中心)在电机壳体41中产生定向到分离侧的压曲，以将电刷50向着进入侧倾斜。例如，在电机壳体41的分离侧设置磁体，使得弹簧61可以通过由磁体产生的磁引力而规律地产生向着电机壳体41的压曲。或者，例如当弹簧61组装到电机壳体41时，可以在电机壳体41的进入侧上设置具有磁体的夹具。在此结构中，弹簧61的上下端可以向着进入侧定向，而弹簧61的轴向中心可以在电机壳体41中向着分离侧定向。在此结构中，在被正确定向时，弹簧61也可以引起压曲。弹簧61可以在电机壳体41中利用机械力产生压曲。弹簧61可以设置到诸如钩子的啮合构件，使得弹簧61可以引起预定方向上的压曲。

在上述结构中，弹簧将电刷推压到进入侧。通常，在电刷和整流子之间产生的放电可以与电刷被推压到整流子的状况相对应地改变。例如，当电刷被推压到电刷开始与整流子接触的进入侧时，电刷和整流子之间的放电减小。相反，例如当电刷被推压到电刷与整流子的接触被分开的分离侧时，电刷和整流子之间的放电增大。在上述结构中，电刷使用推压构件被推压到进入侧，因此可以减小电刷和整流子之间的放电。所以，可以限制电刷和整流子以电方式产生烧蚀，因此可以增强电刷和整流子的工作寿命。

上述实施例中的电机不限于被应用到燃油泵。具有上述结构的电机还可以应用到除了液压泵之外的其他各种设备。

实施例的上述结构可以进行适当组合。

在不背离本发明精神的情况下，可以以各种方式对上述实施例进行各种修改和替换。

Claims (14)

1.一种电机(14)，其特征在于包括：

转子(20)；

具有整流表面(71)的整流子(70)，所述整流子(70)通过所述整流表面(71)对供应到所述转子(20)的电流进行整流，所述转子(20)通过被供应所述电流而旋转；

经由所述整流表面(71)与所述整流子(70)接触的电刷(50)，所述转子(20)通过所述电刷(50)被供应电流，当所述转子(20)和所述整流子(70)沿着旋转方向(R)相对于所述电刷(50)旋转并且所述整流子(70)间歇接触所述电刷(50)时，所述电刷(50)在所述电刷(50)的进入侧开始与所述整流子(70)进行接触；和

向着所述进入侧推压所述电刷(50)的推压构件(60、61)。

2.根据权利要求1所述的电机(14)，其特征在于：

所述电刷(50)具有在所述整流子(70)一侧上的第一电刷端部，

所述电刷(50)具有在所述整流子(70)的相反侧上的第二电刷端部，所述第二电刷端部具有斜面(53)，

所述第一电刷端部相对于所述电刷(50)的轴向方向距离所述斜面(53)一定的轴向长度，

在所述进入侧上的轴向长度大于在所述进入侧相对于所述旋转方向(R)的相反侧上的轴向长度，并且

所述推压构件(60)与所述电刷(50)的所述斜面(53)接触。

3.根据权利要求2所述的电机(14)，其特征在于还包括：

容纳所述电刷(50)的壳构件(41)，所述电刷(50)可轴向滑动，

其中所述推压构件(60)沿着作用线(La)向所述斜面(53)施加推压力，

所述斜面(53)倾斜一定的倾斜角，使得所述作用线(La)在进入侧上的交点处与所述整流表面(71)相交，且

所述交点在所述电刷(50)的所述第一端部的外侧。

4.根据权利要求1所述的电机(14)，其特征在于还包括：

容纳所述电刷(50)的壳构件(41)，所述电刷(50)可轴向滑动，

其中所述推压构件(61)在所述壳构件(41)中产生压曲。

5.根据权利要求4所述的电机(14)，其特征在于：所述推压构件(61)被基本轴向地施加压缩力，以在所述壳构件(41)中产生压曲。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的电机(14)，其特征在于所述推压构件(60、61)具有容纳在所述壳构件(41)中、基本椭圆形的横截面。

7.根据权利要求2所述的电机(14)，其特征在于还包括：

与所述电刷(50)连接的传导构件(51)，所述电刷(50)通过所述传导构件(51)被供应电流；和

容纳所述电刷(50)的壳构件(41)，所述电刷(50)可轴向滑动，

其中所述壳构件(41)具有开口(411)，其中所述传导构件(51)从所述电刷(50)延伸过所述开口(411)。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的电机(14)，其特征在于：在所述进入侧上施加到所述电刷(50)的推压力大于在所述进入侧相对于所述旋转方向(R)的相反侧上施加到所述电刷(50)的推压力。

9.一种液压泵(10)，包括：

根据权利要求1至5中任一项所述的电机(14)；和

由所述电机(14)驱动以泵送流体的泵设备(12)。

10.一种电机(14)，其特征在于包括：

转子(20)；

具有整流表面(71)的整流子(70)，所述整流子(70)通过所述整流表面(71)对供应到所述转子(20)的电流进行整流，所述转子(20)通过被供应所述电流而旋转；

经由所述整流表面(71)与所述整流子(70)接触的电刷(50)，所述转子(20)通过所述电刷(50)被供应电流，当所述转子(20)和所述整流子(70)沿着旋转方向(R)相对于所述电刷(50)旋转并且所述整流子(70)间歇接触所述电刷(50)时，所述电刷(50)在所述电刷(50)的进入侧开始与所述整流子(70)进行接触；和

向所述电刷(50)施加推压力的推压构件(60、61)，

其中在所述进入侧上施加到所述电刷(50)的推压力大于在所述进入侧相对于所述旋转方向(R)的相反侧上施加到所述电刷(50)的推压力。

11.根据权利要求10所述的电机(14)，其特征在于：所述推压构件(60、61)向着所述进入侧推压所述电刷(50)。

12.一种液压泵(10)，包括：

根据权利要求10或11所述的电机(14)；和

由所述电机(14)驱动以泵送流体的泵设备(12)。

13.一种液压泵(10)，其特征在于包括：

电机(14)；和

由所述电机(14)驱动以泵送流体的泵设备(12)，

其中所述电机(14)包括：

转子(20)；

具有整流表面(71)的整流子(70)，所述整流子(70)通过所述整流表面(71)对供应到所述转子(20)的电流进行整流，所述转子(20)通过被供应所述电流而旋转；

经由所述整流表面(71)而与所述整流子(70)接触的电刷(50)，所述转子(20)通过所述电刷(50)被供应电流，当所述转子(20)和所述整流子(70)沿着旋转方向(R)相对于所述电刷(50)旋转并且所述整流子(70)间歇接触所述电刷(50)时，所述电刷(50)在所述电刷(50)的进入侧开始与所述整流子(70)进行接触；和

向着所述进入侧推压所述电刷(50)的推压构件(60、61)。

14.一种液压泵(10)，其特征在于包括：

电机(14)；和

由所述电机(14)驱动以泵送流体的泵设备(12)，

其中所述电机(14)包括：

转子(20)；

具有整流表面(71)的整流子(70)，所述整流子(70)通过所述整流表面(71)对供应到所述转子(20)的电流进行整流，所述转子(20)通过被供应所述电流而旋转；

经由所述整流表面(71)与所述整流子(70)接触的电刷(50)，所述转子(20)通过所述电刷(50)被供应电流，当所述转子(20)和所述整流子(70)沿着旋转方向(R)相对于所述电刷(50)旋转并且所述整流子(70)间歇接触所述电刷(50)时，所述电刷(50)在所述电刷(50)的进入侧开始与所述整流子(70)进行接触；和

向所述电刷(50)施加推压力的推压构件(60、61)，

其中在所述进入侧上施加到所述电刷(50)的推压力大于在所述进入侧相对于所述旋转方向(R)的相反侧上施加到所述电刷(50)的推压力。

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