CN203339452U - 换向器及其碳结构与金属片的组合体 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种碳结构与金属片的组合体，包括碳结构、由硬钎料在该碳结构表面硬钎焊后形成的硬钎料层、由软钎料在该硬钎料层表面软钎焊后形成的软钎料层、以及结合至该软钎料层表面金属片。另外，由于金属片是在较低温的环境下软钎焊至硬钎料层，金属片不会被破坏而变软，同时也避免了裂纹的产生。本实用新型还提供一种具有上述碳结构与金属片的组合体的换向器。

Description

换向器及其碳结构与金属片的组合体

技术领域

本实用新型涉及换向器及其碳结构与金属片的组合体。

背景技术

换向器通常包括多个换向片以及多个与对应的换向片电性连接的挂钩，该挂钩用于挂接线圈，以与该线圈电性连接。目前大部分换向器的换向片与挂钩由铜片一体冲压而制成，但由于碳刷的硬度与铜的硬度相差较大，碳刷工作过程中磨损较为严重。因此，有一种改进是使用石墨片来代替上述铜换向片，这就涉及到该换向片与上述由铜制成的挂钩的连接问题。现有技术中，通常是在石墨片表面电镀或者离子溅镀一个镍或铜金属层，然后再利用锡等熔点低于450℃的软钎料将具有上述挂钩的铜片软钎焊(Soldering)至该金属层。然而，由于上述金属层与石墨片之间不是通过冶金结合，两者间的连接并不牢固。现有技术中，也有在石墨与具有上述挂钩的铜片之间夹设熔点高于450℃的硬钎料，然后将该石墨、铜片以及硬钎料放置在高温中进行硬钎焊(Brazing)，直接将该铜片固定至该石墨。然而，由于铜与石墨的膨胀系数相差较大，制成后石墨上会出现较多并且较大的裂纹，而且，经过如此高温烘烤过的铜片会变软，不利于线圈的挂设。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种可克服上述技术问题的换向器及其碳结构与金属片的组合体。

一种碳结构与金属片的组合体，包括碳结构、由硬钎料在该碳结构表面硬钎焊后形成的硬钎料层、由软钎料在该硬钎料层表面软钎焊后形成的软钎料层、以及结合至该软钎料层表面金属片。

一种换向器，包括绝缘层以及多个间隔地固定至该绝缘层的换向片，各换向片间彼此绝缘。各换向片依次包括石墨层、由硬钎料在该石墨层表面硬钎焊后形成的硬钎料层、由软钎料在该硬钎料层表面软钎焊后形成的软钎料层、以及结合在该软钎料层以及该绝缘层之间的金属层，该金属层具有多个延伸至该软钎料层之外的挂钩。

本实用新型的硬钎料与该碳结构进行硬钎焊后，硬钎料中如钛、铬、硅等活性元素会与该碳结构中碳元素的会发生化学反应，从而增强硬钎料与碳结构的结合强度。另外，由于金属片是在较低温的环境下软钎焊至硬钎料层，金属片不会被破坏而变软，同时也避免了裂纹的产生。

为了能更进一步了解本实用新型的特征以及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。

附图说明

图1是本实用新型较佳实施方式的换向器的结构示意图。

图2是图1的换向器的剖视示意图。

图3是图2的剖视示意图中的方框VI的放大示意图，值得注意的是实际上各层的比例关系未必如图所示。

图4是图1的换向器的金属片的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过对本实用新型的具体实施方式详细描述，将使本实用新型的技术方案及其他有益效果显而易见。附图仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为了便于清晰描述，而并不限定比例关系。

请结合图1至图3，本实用新型的换向器10包括绝缘层60以及多个间隔地固定至绝缘层60的换向片12，各换向片12间彼此绝缘。各换向片12依次包括石墨层30、由硬钎料在石墨层30表面硬钎焊后形成的硬钎料层40、由软钎料在硬钎料层40表面软钎焊后形成的软钎料层50、以及结合在软钎料层50以及绝缘层之60间的金属层20，金属层20具有延伸至软钎料层50之外的挂钩24，所述挂钩24用于固定电机绕组的线端。金属层20可以是一个如图4所示的铜片，其包括一个片状的环22、自环22径向外侧向外延伸的凸条24(后续加工制作成上述挂钩24)以及多个自环22的径向内外两侧延伸的突起26，突起26被压制成向彼此倾斜。优选地，各凸条24两侧均具有突起26，与凸条24相对的内侧也具有一个突起26。具体地，以下结合其制作方法来详细说明整个换向器10的结构。

上述换向器10的第一制作方式包括以下步骤：

步骤1：冲压并压制出如图4所示的铜片20。

步骤2：将银铜钛(Ag,Cu,Ti)硬钎料通过网版丝印的方式印刷至环状的石墨片30的表面。网版丝印过程中优选厚度为0.5毫米以下的聚脂丝网。

步骤3：将上述设置有银铜钛硬钎料的石墨片放入真空度在1.0×10^-1帕至4.0×10^-2帕并且温度在800℃至900℃的真空炉中保温13至17分钟，然后冷却，以使银铜钛硬钎料硬钎焊至石墨片30而形成一个如图3所示的硬钎料层40。硬钎料层40的厚度优选在0.5毫米以下。

步骤4：将锡膏通过网版丝印的方式设置至由银铜钛硬钎料硬钎焊后所形成的硬钎焊层的表面。网版丝印过程中优选厚度为1毫米以下的不锈钢丝网。

步骤5：将铜片20的环22未折弯有突起26的一侧覆盖至上述锡膏表面。

步骤6：将硬钎焊后的石墨片、锡膏以及铜片20放置在250℃至300℃的环境中2至4分钟后冷却，以使铜片20通过以锡膏为软钎料的软钎焊方式结合至硬钎焊料层40的表面，该锡膏形成一个如图3所示的软钎料层50。软钎料层50的厚度优选在1毫米以下。

步骤7：在铜片20的环22折弯有突起26的一侧上进行注塑，以形成一个如图3所示的塑料层60。突起26容置在塑料层60中，使得塑料层60与铜片20的连接更加牢固。

步骤8：将凸条24折弯成如图2所示的挂钩状，以便于电机绕组线端的挂设。

步骤9：在石墨片30及金属片20上铣出如图1所示的凹槽70。

如此，金属片20、石墨片30以及两者之间的硬钎料层40及软钎料层50均被切割成多个间隔排列并且相互绝缘的子部分，按顺序排列的石墨片30、硬钎料层40、软钎料层50以及金属片20的子部分构成了换向器10的换向片12。当然，塑料层60也可以是由其它绝缘材料制成的绝缘层，只要其起到固定换向片12的作用便可。

上述换向器10的第二制作方式包括以下步骤：

步骤1：冲压并压制出如图4所示的铜片20。

步骤2：将将美国焊接协会(American Welding Society，AWS)规定的BNi2型硬钎料通过喷射的方式均匀喷射至石墨片30待钎焊的表面。

步骤3：将上述设置有BNi2硬钎料的石墨片放入真空度在2.0×10-2帕至8×10-3帕并且温度为1050℃至1150℃的真空炉中保温25至35分钟，然后冷却，以使BNi2硬钎料硬钎焊至石墨片30而形成一个如图3所示的硬钎料层40。硬钎料层40的厚度优选在0.5毫米以下。

步骤4：将锡铋(Sn，Bi)浆料通过网版丝印的方式设置至由BNi2硬钎料硬钎焊后所形成的硬钎焊层40的表面。

步骤5：将铜片20覆盖至上述锡铋浆料表面。

步骤6：将该硬钎焊后的石墨片、锡铋浆料以及铜片20放置在150℃至250℃的环境中4至6分钟后冷却，以使铜片20通过以锡铋浆料为软钎料的软钎焊方式结合至硬钎焊后的BNi2硬钎料的表面，该锡铋浆料形成一个如图3所示的软钎料层50。软钎料层50的厚度优选在1毫米以下。

步骤7：在铜片20上进行注塑，以形成一个如图3所示的塑料层60，并且突起26容置在塑料层60中，以使塑料层60与铜片20的连接更加牢固。

步骤8：将凸条24折弯成如图3所示的挂钩状。

步骤9：在石墨片30及金属片20上铣出如图1所示的凹槽70以形成换向片。

上述换向器10的第三制作方式包括以下步骤：

步骤1：冲压并压制出如图4所示的银片20。

步骤2：将钛锆铜镍(Ti,Zr,Cu,Ni)硬钎料均匀洒在石墨片30的表面。

步骤3：将上述设置有钛锆铜镍硬钎料的石墨片30放入真空度在1.0×10^-2帕至3×10^-3帕帕并且温度为900℃至1000℃的真空炉中保温20至30分钟，然后冷却，以使钛锆铜镍钎料硬钎焊至石墨片而形成一个如图3所示的硬钎料层40。硬钎料层40的厚度优选在0.5毫米以下。

步骤4：将形状与石墨片30对应的锡铜(Sn，Cu)焊片覆盖至由钛锆铜镍硬钎料硬钎焊后所形成的硬钎焊层40的表面。

步骤5：将银片20覆盖至上述锡铜焊片表面。

步骤6：将该硬钎焊后的石墨片、锡铜焊片以及银片20放置在300℃至350℃的环境中7至10分钟后冷却，以使银片20通过以锡铜片焊片为软钎料的软钎焊方式结合至硬钎焊后的钛锆铜镍硬钎料的表面，锡铜片焊片形成一个如图3所示的软钎料层50。软钎料层50的厚度优选在1毫米以下。

步骤7至9与上述实施方式相似，不做赘述。

上述换向器10的第四制作方式包括以下步骤：

步骤1：冲压并压制出如图2所示的铝片20。

步骤2：将AWS规定的BNi5硬钎料通过网版丝印的方式印刷至石墨片30的表面。

步骤3：将上述设置有BNi5硬钎料的石墨片放入真空度在3.0×10-3帕至1.0×10-3帕并且温度为1100℃至1200℃的真空炉中保温15至20分钟，然后冷却，以使BNi5硬钎料硬钎焊至石墨片而形成一个如图3所示的硬钎料层40。硬钎料层40的厚度优选在0.5毫米以下。

步骤4：将形状与石墨片30对应的锡片覆盖至由BNi5硬钎料硬钎焊后所形成的硬钎焊层40的表面。采用上述固体的锡片可方便组装。

步骤5：将铝片20覆盖至上述锡片表面。

步骤6：将该硬钎焊后的石墨片、锡片以及铝片放置在270℃至300℃的环境中3至5分钟后冷却，以使铝片通过以锡片为软钎料的软钎焊方式结合至硬钎焊后的BNi5硬钎料的表面，锡片形成一个如图3所示的软钎料层50。软钎料层50的厚度优选在1毫米以下。

步骤7至9与上述实施方式相似，不做赘述。

上述换向器10的第五制作方式包括以下步骤：

步骤1：冲压并压制出如图4所示的铜片20。

步骤2：将BNi₇硬钎料通过网版丝印的方式印刷至该石墨片30的表面。

步骤3：将上述设置有BNi₇硬钎料的石墨片30放入氨分解网带炉(MeshBelt Furnace)中，带速设定0.1-0.8m/s，最高钎焊温度设定为800℃至1100℃，然后冷却，以使BNi₇硬钎料硬钎焊至石墨片30。

步骤4：将形状对应的锡铟（Sn，In)焊片覆盖至由BNi₇硬钎料硬钎焊后所形成的硬钎焊层的表面。

步骤5：将铜片覆盖至上述锡铟焊片表面。

步骤6：将该硬钎焊后的石墨片30、锡铟焊片以及铜片放置在130℃至230℃的环境中3至5分钟后冷却，以使铜片通过以锡铟焊片为软钎料的软钎焊方式结合至硬钎焊后的BNi7硬钎料的表面。

步骤7至9与上述实施方式相似，不做赘述。

请结合图3，在上述的制作过程中，硬钎料与石墨片30进行硬钎焊后，硬钎料中如钛、铬、锆、硅等活性元素会与该石墨片中的碳元素发生化学反应，如此，硬钎料在该石墨片表面硬钎焊后形成的硬钎料层40实际包括了两个层，一个是靠近该石墨片30的由该硬钎料与该石墨片30化学反应而成的反应层42，另一个是靠近该软钎料层50的由该硬钎料自身的组份反应而成的结合层44。由于发生了冶金反应，该反应层42与该石墨片30高度结合的同时还与该结合层44高度结合，因此，主要由金属元素构成的结合层44牢固地结合至该石墨片30。既是说，硬钎料硬钎焊至该石墨片30后在该石墨片30表面形成了一个牢固的金属层，从而有利于后续与软钎料30的结合。而正是因为金属片40是在较低温的环境下软钎焊至硬钎料层40的，金属片的质地不会被破坏而变软，同时也避免了因膨胀系数相差较大而导致的裂纹的产生。

可以理解，在上述换向器的结构中，石墨片通过硬钎焊后再与金属片软钎焊而结合在一起的技术方案不限于应用在换向器中，其它应用该石墨片与金属片的组合体的结构的产品均具有上述所指出该结构所具备的优点。同时也应理解，该石墨也可以是碳和石墨粉末的混合物等碳结构，不限于石墨片。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碳结构与金属片的组合体，包括： 

碳结构； 

由硬钎料在该碳结构表面硬钎焊后形成的硬钎料层； 

由软钎料在该硬钎料层表面软钎焊后形成的软钎料层；以及 

结合至该软钎料层表面的金属片。 

2.如权利要求1所述的组合体，其特征在于，该碳结构为石墨。 

3.如权利要求1所述的组合体，其特征在于，该硬钎料层的厚度在0.5毫米以下。 

4.如权利要求1所述的组合体，其特征在于，软钎料层厚度在1毫米以下。 

5.如权利要求1所述的组合体，其特征在于，该硬钎料层包括靠近该碳结构的反应层以及靠近该软钎料层的结合层，该反应层由该硬钎料与该碳结构化学反应而成，该结合层由该硬钎料自身的组份反应而成。 

6.一种换向器，包括绝缘层以及多个间隔地固定至该绝缘层的换向片，各换向片间彼此绝缘，其特征在于，各换向片依次包括： 

石墨层； 

由硬钎料在该石墨层表面硬钎焊后形成的硬钎料层； 

由软钎料在该硬钎料层表面软钎焊后形成的软钎料层；以及 

结合在该软钎料层以及该绝缘层之间的金属层，该金属层具有延伸至该软钎料层之外的挂钩。 

7.如权利要求6所述的换向器，其特征在于，该硬钎料层的厚度在0.5毫米以下，软钎料层厚度在1毫米以下。 

8.如权利要求6所述的换向器，其特征在于，该硬钎料层包括靠近该石墨层的反应层以及靠近该软钎料层的结合层，该反应层由该硬钎料与该石墨片发生化学反应而成，该结合层由该硬钎料自身的组份反应而成。 

9.如权利要求6所述的换向器，其特征在于，该换向器包括沿径向被均匀切开的环状金属片以及环状石墨片，该金属片包括与该石墨片对应的环、固定至该环径向外侧的上述挂钩以及固定至该环的径向内外两侧的突起，该金属片的环以及石墨片分别形成上述金属层及石墨层，该突起相对该换向器的轴向倾斜并且容置于该绝缘层内部。 

10.如权利要求9所述的换向器，其特征在于，该金属片的环的径向外侧位于各挂钩两侧均设置有上述突起，与该挂钩相对的内侧也具有上述突起。 

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