CN204927763U - 用于传送高电流的碳刷 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于传送高电流的碳刷(10、20)，其具有用于连接电连接轨迹(19)的连接元件(12)和具有接触表面(16)的消耗型接触元件(11)，该接触表面(16)设计成与换向器装置对齐。其中该连接元件和该接触元件在与该碳刷的磨损方向垂直对齐的层过渡区(13)当中结合起来，并且形成了一体式模制体。其中该连接元件和该接触元件具有不同组分，从而使得该接触元件中碳的组份大于该连接元件中碳的组份，并且该接触元件具有金属组分，该金属组分与该连接元件中的金属组分不同。其中，连接元件的质量密度大于5克/厘米³，并且所述连接元件内形成了至少一个开孔。

Description

用于传送高电流的碳刷

技术领域

本实用新型涉及一种用于传送高电流的碳刷，该碳刷具有用于连接电连接轨迹的连接元件和具有接触表面的消耗型接触元件，接触表面设计成与滑动环尤其是换向器接触。

背景技术

在说明部分描述的那种碳刷通常称为“工业碳刷”并且特别地在需要传送高电流如常常超过20安培/平方厘米的高电流的场合中使用。在此情况下，这种碳刷用于马达和发电机当中，并且具有这些碳刷的发电机正逐渐在风力涡轮机当中得到应用。

由于在这些情况中工业碳刷需要传送高输出的缘故，必须将足够份量的金属夹杂物添加到碳中，以便尽可能减小接触阻力，进而减小电阻引起的碳刷发热。为此，已经证明有用的是：生产碳刷，该碳刷通常由主要包含适当金属尤其是银的颗粒状模制复合物制造成模制部件。在实践中，银在工业碳刷中的含量经常高达60％或更多。结果，在没有考虑任何给定工艺的情况下，由于银本身数量的原因，导致碳刷的生产成本庞大。

已知的碳刷基本上制造成同类模制部件，这些模制部件的组分对于在运行过程中与滑动环装置接触的接触元件及电连接轨迹与其连接的连接元件都是一致的。结果，随着碳刷的磨损，碳刷中与接触元件中的碳一起消耗的大量银也存在于连接元件中，其中银不需要具有特定的材料特性，虽然这些银对于与接触元件中的碳之间的相互作用是必要的。相反，碳刷中的连接元件用于与连接轨迹建立导电连接。一旦用完了接触元件，通常将连接元件连同其内所含的银一起丢弃。

因此，目前用于制造工业碳刷的方法必须使用一定数量的银，并不需要全部的银让碳刷起作用。

实用新型内容

因此，本实用新型的目的是推出一种用于传送高电流的碳刷，其能够让碳刷可靠地运行，同时导致制造成本低于已知碳刷的制造成本。

通过具有权利要求1所述特征的碳刷实现了此目的。

根据实用新型的用于传送高电流的碳刷包括：模制体，其组分根据碳刷区域的不同功能而变化，在碳刷区域中，连接元件用于提供与电连接轨迹之间的连接，而接触元件用于确保与反接触元件或滑动环装置之间的不中断接触，而并不像连接元件那样必须通过磨损确保与反接触材料之间的对齐接触。

在根据实用新型的碳刷中，连接元件和接触元件结合到层过渡区中，该层过渡区与碳刷的磨损方向垂直对齐，并且形成了一体式模制体，该模制体具有适合于连接元件和接触元件不同功能的组分。因此，接触元件中的碳含量大于连接元件中的碳含量，因为碳对于形成理想的低摩擦接触是至关重要的。除了碳的组分之外，接触元件也包括与连接元件中的金属组分所不同的金属组分，所以每个元件中的金属组分可以针对接触元件和连接元件中的金属组分的不同功能而被优化。因此，可以选择用于接触元件的金属，该金属既能够产生理想的低接触阻力，又具有相对较低的摩擦特性，以便能够减小该金属对用于建立低摩擦接触的碳的良好特性造成消极影响。对于通过层过渡区与碳刷的消耗部件分开并且进而其磨损特性不太重要的连接元件而言，可因此使用金属组分，其具有足够的机械强度来实现其机械连接功能，并且具有良好的导电性，以便在没有考虑其摩擦特性的情况下形成与连接轨迹之间的电连接。另外，连接元件的质量密度大于5克/厘米³，并且所述连接元件内形成了至少一个开孔，以便实现安全的机械连接。

因此将根据实用新型的碳刷定义为在其内通过层过渡区将区域分开的某种碳刷，每个区域针对其基本功能在独立于其他区域的情况下被优化。与已知的碳刷比较，也可以通过这种方法明显减小根据实用新型的碳刷中的银的比例，因为只有接触元件需要银组分。因此在根据实用新型的一个对应实施例中，在碳刷已经磨损到层过渡区的时候必须丢弃并且基本上仅仅由连接元件构成的碳刷剩余部件根据不含银。

在根据实用新型的碳刷的一个优选实施例中，接触元件具有主要由银构成的金属组分，而连接元件具有主要由铜构成的金属组分。通过这种方法能够形成针对接触元件和连接元件的相应金属选择进行优化的碳刷。因此，可以实现通常超过20安培/厘米²的高电流传送。

根据碳刷要求，接触元件中的金属组份可以为50％或更多。根据此要求，接触元件中的金属组分可以为100％的铜材料或铜合金。

如果连接元件由100％的铜或铜合金制成的话，则可以形成能够承受极高机械负荷的强度特别高的碳刷。

如果正如在碳刷的提别有益的实施例中那样，靠近层过渡区的接触元件具有与相对于具有不同组分并且设置有接触表面的消耗性区域形成的并且其金属组分不同于消耗型区域的指示区域，则能够在碳刷上形成消耗型或维护型指示器，因为在不需要提供特殊的、单独的接触装置的情况下导致多层结构磨损掉。在该实施例中，容易发掘出当接触表面是在指示区域内形成时的有益效果，从而导致阻力变化，因为指示区域中的金属组分不同于消耗型区域中的金属组分。可以将该阻力变化用作信号，以便指示需要更换碳刷。

不考虑在碳刷上形成指示区域，在任何情况下，如果连接元件具有用于形成与电轨迹之间的焊接或熔接连接的扁平连接表面的话，则这是有益的，从而能够在不需要在连接元件上形成特殊保持装置的情况下，通过焊接或熔接连接而简单、平坦地附接到连接轨迹上。

在一个优选实施例中，可以在所述连接元件内形成第二开孔，并且这些开孔设置成互相垂直。其中一个开孔可以用来容纳连接线，而第二开孔可供螺栓或螺钉固定所述连接线。

如果在上述至少一个开孔内形成螺纹的话，则可以将碳刷直接连接到一个固持器装置的螺钉上。所述连接元件的金属部分允许在该连接元件内形成具有足够机械强度的螺纹。

开孔也可以形成连接装置，用于插入或夹住绞合线。

将参考附图在下文中解释实用新型的优选实施例。

附图说明

图1展示了碳刷的第一个实施例；

图2展示了图1中的碳刷，该碳刷具有与碳刷的连接元件相吻合的连接边；

图3展示了碳刷的又一个实施例；

图4a-4c展示了制造图1中的碳刷的方法。

具体实施方式

图1展示了具有接触元件11和连接元件12的碳刷10，接触元件11和连接元件12分别由模制颗粒24、25和26(图4a)制造而成，并且通过层过渡区13互相连接成单个部件。可以利用参考图4a-4c在下文中解释的压缩模制方法制作图1所示的碳刷，从而通过适当压缩将碳刷10形成模制部件，并且施加在接触元件11和12上的模制颗粒上的压力导致连接元件12将接触元件11渗透到层过渡区13中，该渗透限制于层过渡区13。

在图1所示的实施例情况中，接触元件11由重量比为60％的银和重量比为40％的碳的混合物组成，并且在图1中箭头所指示的压缩力方向上消耗。在图1所示的碳刷10的实施例情况中，连接元件12由纯铜制成。

接触元件11具有接触区域16，该接触区域16靠近图1所示的换向器环15的接触表面14，该接触区域被仿形以便与接触表面14的轮廓对齐。

图2展示了扁平连接表面17，在本例中该表面17通过连接元件12的后面形成，并且该表面17用于在连接元件12与电连接轨迹19之间产生导电连接，在此通过比如焊接连接18产生导电连接。

图3展示了碳刷20的另一个实施例，该碳刷20与图1所示碳刷10的不同之处为：碳刷20具有接触元件21，接触元件21具有靠近接触表面16的消耗型区域22和指示区域23，该指示区域23与消耗型区域连接，并且其位置靠近层过渡区13。与图1所示碳刷10类似，连接元件12连接到层过渡区13。

在图3所示的碳刷20的实施例中，指示区域23不同于消耗型区域22，因为其银的组份相对较低。

如图4a-4c所示，制造碳刷10的一种方法包括使用模制装置27，该模制装置27包括模制工具28和多个成型冲头29-31，其中在第一步骤中，通过比如滑块在模制区域33和34内分别填充模制颗粒24、25和26，模制颗粒24、25和26对应于接触元件11和连接元件12所填充的理想材料组分。在碳刷10的例子中，模制颗粒24为石墨，模制颗粒25为银，而模制颗粒26为铜。

然后将滑块32从模制工具中抽出(图4b)，以便让设置在第一模制区域33中的模制颗粒24、25与位于第二模制区域34中的模制颗粒26直接接触，并且形成层过渡区13。当依次压缩模制颗粒24、25和26时，通过从高处降下来的成型冲头31最终制成了碳刷10。随后通过模制工具中对应数量和结构的其它滑块进行图3中的碳刷20所示的分割。

Claims (9)

1.一种用于传送高电流的碳刷(10、20)，其具有用于连接电连接轨迹(19)的连接元件(12)和具有接触表面(16)的消耗型接触元件(11)，所述接触表面(16)设计成与换向器装置对齐，其特征在于：

所述连接元件和所述接触元件在与所述碳刷的磨损方向垂直对齐的层过渡区(13)当中结合起来，并且形成了一体式模制体，其中所述连接元件和所述接触元件具有不同组分，从而使得所述接触元件中碳的组份大于所述连接元件中碳的组份，并且所述接触元件具有金属组分，所述金属组分与所述连接元件中的金属组分不同，所述连接元件的质量密度大于5克/厘米³，并且所述连接元件内形成了至少一个开孔。

2.根据权利要求1所述的碳刷，其中所述接触元件(11)具有主要由银构成的金属组分，而所述连接元件(12)具有主要由铜构成的金属组分。

3.根据权利要求2所述的碳刷，其中所述接触元件(11)由重量比为至少50％的银或银合金组成，而所述连接元件(12)由重量比至少为50％的铜或铜合金组成。

4.根据权利要求3所述的碳刷，其中所述连接元件(12)由重量比为100％的铜或铜合金组成。

5.根据前述权利要求中任何一项所述的碳刷，其中靠近所述层过渡区(13)的所述接触元件(11)具有指示区域(23)，所述指示区域(23)相对于具有不同组分并且设置有接触表面(16)的消耗型区域(22)形成，所述指示区域具有不同于所述消耗型区域的金属组分。

6.根据权利要求1所述的碳刷，其中所述连接元件(12)具有用于与所述电连接轨迹(19)之间形成焊接或熔接连接的扁平连接表面(17)。

7.根据权利要求1所述的碳刷，其中所述连接元件内形成了第二开孔，并且所述两个开孔设置互相垂直。

8.根据权利要求1所述的碳刷，其中所述至少一个开孔内形成螺纹。

9.根据权利要求1所述的碳刷，其中所述开孔形成连接装置，用于插入或夹住绞合线。