CN216214742U - 一种电刷生产装置及石墨电刷烧结设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电刷生产装置及石墨电刷烧结设备，其中，该电刷生产装置包括：架体，架体上嵌合设置有塑模件；第一料箱，第一料箱固定设置在架体上，且与塑模件对应；第二料箱，第二料箱固定设置在架体上，且与塑模件对应。本实用新型在架体上嵌合设置有塑模件，在架体上设置有第一料箱和第二料箱，第一料箱和第二料箱分别与塑模件对应，在实际使用时，在第一料箱内放置石墨，在第二料箱内放置铜粉，通过第一料箱和第二料箱同时在塑模件内填充不同物料，使铜粉与石墨形成空间上不同浓度的分布，从而在塑模件内制作出具有优秀导电性和结构强度更高的石墨电刷，本实用新型结构简单，使用方便，有效提高制作石墨电刷的性能。

Description

一种电刷生产装置及石墨电刷烧结设备

技术领域

本实用新型涉及电刷生产技术领域，尤其涉及一种电刷生产装置及石墨电刷烧结设备。

背景技术

在传统汽车配套的微型驱动电机领域，当前多采用2极的设计方案，工作电压多为12V低压，能量密度及扭矩密度低、电机尺寸较大，已经无法满足当前新能源汽车的要求。为此，部分微电机生产商开始尝试采用更高性能的钕铁硼稀土永磁材料替代传统的铁氧体永磁材料，以改善了产品的小型化及轻量化等的性能指标。但是，这种设计的改变也带来了成本上的急剧上升，一定程度上也削弱了产品的综合竞争力，仅仅是一种过渡性的设计方案。因此，以现有铁氧体永磁材料为基础，通过改用4极或者以上的多极设计，并采用24V或者更高的工作电压的电机新设计方案，是当前最具有竞争力的发展方向。

但是，采用了多极、高压设计的电机，由于功率密度大幅提升，电刷在跨槽前、后的电抗电势变化情况更加明显，造成电刷边缘位置的电火花腐蚀情况非常严重，从而带出电机的寿命及电磁干扰等一系列的问题。在现有技术中，中国专利CN1639925A公开了一种多层电刷的制造方法，但是该方法由导电层与绝缘层相结合的结构，削弱了电刷需要导电的基本性能要求，实用性不强。而中国专利CN200810211249.1也公开了多层电刷的压制成型方法，但是该专利只是简单的通过多个推料器而用多层堆积的工艺方法，一方面成型效率低，制造成本高；另一方面，每层粉末的成分不同，并且层数过多，存在较大的分层风险。因此，这些专利都存在明显的不足之处。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

实用新型内容

为了解决现有技术中汽车电刷位置的电火花腐蚀情况十分严重，传统电刷难以兼顾导电性和结构强度的问题，本实用新型提出一种电刷生产装置及石墨电刷烧结设备。

本实用新型通过以下技术方案实现的：

一种电刷生产装置，其中，所述电刷生产装置包括：

架体，所述架体上嵌合设置有塑模件；

第一料箱，所述第一料箱固定设置在所述架体上，且与所述塑模件对应；

第二料箱，所述第二料箱固定设置在所述架体上，且与所述塑模件对应。

所述的电刷生产装置，其中，所述架体上与所述塑模件对应的位置设置有储料盒，所述储料盒固定设置在所述架体上，所述第一料箱和所述第二料箱与所述储料盒贯通连接。

所述的电刷生产装置，其中，所述第一料箱与所述储料盒连接的位置设置有第一输料管组件，所述第一输料管组件上设置有第一震动装置；

所述第二料箱与所述储料盒连接的位置设置有第二输料管组件，所述第二输料管组件上设置有第二震动装置；

所述第一输料管组件和所述第二输料管组件在所述储料盒上交错布置。

所述的电刷生产装置，其中，所述第一输料管组件包括：

第一硬管，所述第一硬管贯穿所述第一震动装置，所述第一震动装置内灌注有介质液，所述介质液的高度高于所述第一硬管的上端面；

第一软管，所述第一软管设置有两段，一段所述第一软管的一端与所述第一料箱密合连接，另一端与所述第一硬管密合连接；另一段所述第一软管的一端与所述第一硬管密合连接，另一端与所述储料盒密合连接。

所述的电刷生产装置，其中，所述第二输料管组件包括：

第二硬管，所述第二硬管贯穿所述第二震动装置，所述第二震动装置内灌注有介质液，所述介质液的高度高于所述第二硬管的上端面；

第二软管，所述第二软管设置有两段，一段所述第二软管的一端与所述第二料箱密合连接，另一端与所述第二硬管密合连接；另一段所述第二软管的一端与所述第二硬管密合连接，另一端与所述储料盒密合连接。

所述的电刷生产装置，其中，所述架体上设置所述第一料箱和所述第二料箱的一侧还设置有第一冲头；

所述塑模件滑动设置在所述架体上，且所述塑模件滑动的两端分别与所述储料盒和所述第一冲头的位置对应。

所述的电刷生产装置，其中，所述第一冲头竖直滑动设置在所述架体上，所述第一冲头的直径尺寸与所述塑模件的内径尺寸适配，所述第一冲头由电力驱动。

所述的电刷生产装置，其中，所述塑模件的底部还设置有第二冲头，所述第二冲头密合套设在所述塑模件内，且与所述塑模件滑动连接，所述第二冲头由电力驱动。

所述的电刷生产装置，其中，所述架体上与所述储料盒对应的一侧设置有控制板，所述控制板与所述架体滑动连接，所述控制板的一端水平插拔设置在所述储料盒内靠近所述塑模件的一端内。

一种石墨电刷烧结设备，其中，所述电刷生产装置包括上述中任意一项所述的电刷生产装置。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型在架体上嵌合设置有塑模件，在架体上设置有第一料箱和第二料箱，第一料箱和第二料箱分别与塑模件对应，在实际使用时，在第一料箱内放置石墨，在第二料箱内放置铜粉，通过第一料箱和第二料箱同时在塑模件内填充不同物料，使铜粉与石墨形成空间上不同浓度的分布，从而在塑模件内制作出具有优秀导电性和结构强度更高的石墨电刷，本实用新型结构简单，使用方便，有效提高制作石墨电刷的性能。

附图说明

图1是本实用新型电刷生产装置第一状态的结构示意图；

图2是本实用新型电刷生产装置第二状态的结构示意图。

在图1至图2中：100、架体；110、塑模件；200、第一料箱； 210、第一输料管组件；211、第一软管；212、第一硬管；220、第一震动装置；300、第二料箱；310、第二输料管组件；311、第二软管； 312、第二硬管；320、第二震动装置；400、储料盒；410、控制板； 510、第一冲头；520、第二冲头。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则所述方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果所述特定姿态发生改变时，则所述方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则所述“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

在现有技术中，电机的设计普遍采用高电压、多极设计等技术，但在使用一段时间后，电机的换向时间、换向火花等均与传统低压单对极的电机存在明显的差异，导致系统的换向性能恶化。尤其，电刷在跨槽前、后的电抗电势变化情况更加明显，造成电刷边缘位置的电火花腐蚀情况非常严重，从而带出电机的寿命及电磁干扰等一系列的问题。因此，为了兼顾新型电机的扭矩及功率密度，必须确保电刷良好的导电性能，而不能仅仅依靠增大电刷的电阻率来达到抑制火花的目的，也就需要对电刷的结构进行针对性的创新设计。

基于现有技术中的上述问题，本实用新型提供一种电刷生产装置，如图1所示，该电刷生产装置包括：架体100，架体100上嵌合设置有塑模件110；第一料箱200，第一料箱200固定设置在架体100 上，且与塑模件110对应；第二料箱300，第二料箱300固定设置在架体100上，且与塑模件110对应。

本实用新型在架体100上嵌合设置有塑模件110，在架体100上设置有第一料箱200和第二料箱300，第一料箱200和第二料箱300 分别与塑模件110对应，在实际使用时，在第一料箱200内放置石墨，在第二料箱300内放置铜粉，通过第一料箱200和第二料箱300同时在塑模件110内填充不同物料，使铜粉与石墨形成空间上不同浓度的分布，从而在塑模件110内制作出具有优秀导电性和结构强度更高的石墨电刷，本实用新型结构简单，使用方便，有效提高制作石墨电刷的性能。

在上述实施例中，如图1所示，本实用新型电刷生产装置的主体为架体100，该架体100可以是工作台、流水线等，在架体100上嵌合设置有塑模件110，塑模件110用于在石墨电刷的制作过程中进行塑形，以实现将原料铸形成为预设的形状，在架体100的上方还固定设置有第一料箱200和第二料箱300，第一料箱200和第二料箱300 与塑模件110对应，在第一料箱200内放置有铜粉，在第二料箱300 内放置有石墨粉，铜粉和石墨粉的粒径范围均为10-30微米，当进行原料装填时，通过第一料箱200和第二料箱300区分注料速度向塑模件110内均匀注入石墨粉和铜粉，从而形成结构稳定的化合物，在实际实施时，本领域技术人员可根据电机设计时电刷的电流密度确定具体的含铜量，一般汽车微电机的含铜量范围为30％-70％。

在本实用新型的一个可实施方式中，如图1所示，为保证石墨粉和铜粉准确注入到塑模件110内，在本实施例中还在架体100上与塑模件110对应的位置设置储料盒400，储料盒400固定设置在架体100 上，且与第一料箱和第二料箱贯通连接，第一料箱和第二料箱内的石墨粉和铜粉经过储料盒400，再进入到塑模件110内，以保证注料均匀。

通过上述结构设置，可实现采用铜含量为梯度型的新型碳刷作为换向元器件，其中与换向器接触的中间主体部分的碳刷将会采用高含铜量的配比以提升电刷的导电性能，获取高的电流密度。而在碳刷与换向器接触的前端、后端部分则采用低含铜量的配比，这将有助于提升该区域电刷的自身压降，并降低与换向器间的接触压降，从而抑制电机换相时产生的电火花，改善电机的寿命及电磁辐射性能。

具体地，如图1所示，为进一步对注料比例精度的控制和稳定性，在本实施例中还在第一料箱和储料盒400连接的位置设置第一输料管组件210，并在第一输料管组件210上设置第一震动装置220，第一震动装置220以震动的方式使第一料箱内的铜粉均匀滑落，从而在储料盒400内进行均匀铺设；对应地，在第二料箱和储料盒400连接的位置设置有第二输料组件，在第二输料组件上设置有第二震动装置 320，通过第二震动装置320的震颤效果，使放置在第二料箱内的石墨粉均匀滑落，与铜粉进行均匀地铺设混合。

在本实施例中，如图1所示，第一输料管组件210和第二输料管组件310在储料盒400上交错布置，且第一输料管组件210在储料盒 400上的开口与第二输料管组件310在储料盒400上的开口相邻贴合，以保证石墨粉和铜粉下落后在储料盒400内铺设均匀。

更加具体地，如图1所示，上述第一输料管组件210包括：

第一硬管212，第一硬管212贯穿第一震动装置220，当第一震动装置220开始工作时，震动产生的应力作用在第一硬管212上，从而对第一硬管212内经过的铜粉进行速度控制；

第一软管211，第一软管211被设置为两段，其中一段第一软管 211的一端与第一料箱200密合连接，另一端与第一硬管212的一端密合连接；另一段第一软管211的一端与第一硬管212的另一端密合连接，另一端与储料盒400密合连接，从而使第一料箱200与储料盒400形成连通。

对应地，如图2所示，上述第二输料管组件310包括：

第二硬管312，第二硬管312贯穿第二震动装置320，第二震动装置320开始工作时，震动产生的应力作用在第二硬管312上，对第二硬管312内经过的石墨粉进行速度控制；

第二软管311，第二软管311被设置为两段，其中一段第二软管 311的一端与第二料箱300密合连接，另一端与第二硬管312的一端密合连接；另一段第二软管311的一端与第二硬管312的另一端密合连接，另一端与储料盒400密合连接，从而使第二料箱300与储料盒400形成连通。

在上述实施例中，实际设置时，本领域技术人员可通过对第一输料管组件210设置一定的倾斜角度，以便于第一料箱200内的铜粉能够在自身重力的作用下均匀滑落，经验及测试表明，30-45°的倾斜角度，可以获得较为合适的通过速度及振动效果；另一方面，在第一震动装置220和第二装置的内部还灌注有介质液，介质液可采用液态水，另外第一震动装置220和第二震动装置320可采用超声波震荡的方式产生震动，通过介质液控制对第一硬管212和第二硬管312实现震动，超声波参数宜选取低频率工作区间，以获得低频率、大振幅的振动效果，一般选取20-25KHz的频率、300-500W的功率范围较为合适。

在本实用新型的另一可实施方式中，如图1和图2所示，在架体 100上设置第一料箱200和第二料箱300的一侧还设置有第一冲头 510，第一冲头510竖直滑动设置在架体100的上方，且第一冲头510 采用电力驱动，第一冲头510的形状与塑模件110的内部形状适配，当塑模件110内部的铜粉和石墨粉填充完成后，可通过第一冲头510 对塑模件110的上侧进行冲压，因此在实际设置时，塑模件110滑动设置在架体100上，且塑模件110的滑动的两端分别与储料盒400和第一冲头510设置的位置对应，当储料盒400内的铜粉和石墨粉完全落入塑模件110内时，驱动滑动塑模件110箱第一冲头510对应的一侧滑动，并通过第一冲头510进行冲压，在实际使用时，第一冲头 510的压制压强为20MPa，保压1秒后第一冲头510卸压脱离，得到径向压制(R向)的电刷压胚。

对应地，在塑模件110的底部还设置有第二冲头520，第二冲头 520密合套设在塑模件110的内部，且与塑模件110之间滑动连接，第二冲头520同样由电力驱动，当上述第一冲头510冲压完成后，第一冲头510脱离塑模件110，然后第二冲头520上行顶出压胚，在本实用新型的其他可实施方式中，当石墨电刷的制作为带导线的设计时，则在第一冲头510上开设有导线孔，将导线头带入铜粉和石墨粉中并施力压紧。

在本实用新型的另一可实施方式中，如图1和图2所示，在架体 100上与储料盒400对应的一侧还设置有控制板410，控制板410沿水平方向设置，且与架体100之间滑动连接，控制板410的一端水平插拔设置在储料盒400内靠近塑膜件的一端，当控制板410与储料盒400完全组合时，控制板410对储料盒400的内部进行封堵，并实现对铜粉和石墨粉的承接作用，当铜粉和石墨粉完全置料完成后，用户可移动控制板410，使控制板410上成型的铜粉和石墨粉落入到塑模件110内，以通过第一冲头510和第二冲头520进行压制。

进一步地，在实现了上述对石墨电刷的压胚初步制作后，将制作完成的石墨电刷压坯放入带式炉中，施加氨气分解后的N2/H2混合气体，对带铜引线类别的产品在500℃-600℃的温度下进行烧结处理，让石墨粉末表面的酚醛树脂粘接剂碳化形成带一定导电性能、强度也显著提升的无定型碳。对不带铜引线类的产品，可以将烧结温度提升到800℃以上，让石墨粉末表面的酚醛树脂粘接剂碳化形成碳化程度更高、导电性能更好、强度也更高的无定型碳。带式炉冷却后，得到最终的梯度型电刷产品。

采用本方法得到的新型梯度型电刷，中心区域含铜量能够高达 80％左右，电阻率只有3-50μΩ.cm，长期工作允许电流密度35-40 A/cm2；而边缘区域的含铜量可以降低到20％左右，电阻率上升到大约200-800μΩ.cm，长期工作允许电流密度在15A/cm2左右。

经过初步测试，应用在48V、2对极、外径64mm的微电机上，在单方向负载100mNm、启动0.3S停止60S的测试标准条件下，电机的寿命可以从电刷成分均匀分布时的2000个循环周期，提升到 5000个循环周期，而且230Hz以上的电磁辐射峰值能从44dB下降到40dB，改善效果非常明显。

基于上述实施例，本实用新型还提供一种石墨电刷烧结设备，该石墨电刷烧结设备包括上述实施例中任意一项所述的电刷生产装置，该电刷生产装置包括：架体，架体上嵌合设置有塑模件；第一料箱，第一料箱固定设置在架体上，且与塑模件对应；第二料箱，第二料箱固定设置在架体上，且与塑模件对应。本实用新型在架体上嵌合设置有塑模件，在架体上设置有第一料箱和第二料箱，第一料箱和第二料箱分别与塑模件对应，在实际使用时，在第一料箱内放置石墨，在第二料箱内放置铜粉，通过第一料箱和第二料箱同时在塑模件内填充不同物料，使铜粉与石墨形成空间上不同浓度的分布，从而在塑模件内制作出具有优秀导电性和结构强度更高的石墨电刷，本实用新型结构简单，使用方便，有效提高制作石墨电刷的性能。

综上所述，本实用新型提供一种电刷生产装置及石墨电刷烧结设备，其中，该电刷生产装置包括：架体，架体上嵌合设置有塑模件；第一料箱，第一料箱固定设置在架体上，且与塑模件对应；第二料箱，第二料箱固定设置在架体上，且与塑模件对应。本实用新型在架体上嵌合设置有塑模件，在架体上设置有第一料箱和第二料箱，第一料箱和第二料箱分别与塑模件对应，在实际使用时，在第一料箱内放置石墨，在第二料箱内放置铜粉，通过第一料箱和第二料箱同时在塑模件内填充不同物料，使铜粉与石墨形成空间上不同浓度的分布，从而在塑模件内制作出具有优秀导电性和结构强度更高的石墨电刷，本实用新型结构简单，使用方便，有效提高制作石墨电刷的性能。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种电刷生产装置，其特征在于，所述电刷生产装置包括：

架体，所述架体上嵌合设置有塑模件；

第一料箱，所述第一料箱固定设置在所述架体上，且与所述塑模件对应；

第二料箱，所述第二料箱固定设置在所述架体上，且与所述塑模件对应。

2.根据权利要求1所述的电刷生产装置，其特征在于，所述架体上与所述塑模件对应的位置设置有储料盒，所述储料盒固定设置在所述架体上，所述第一料箱和所述第二料箱与所述储料盒贯通连接。

3.根据权利要求2所述的电刷生产装置，其特征在于，所述第一料箱与所述储料盒连接的位置设置有第一输料管组件，所述第一输料管组件上设置有第一震动装置；

所述第二料箱与所述储料盒连接的位置设置有第二输料管组件，所述第二输料管组件上设置有第二震动装置；

所述第一输料管组件和所述第二输料管组件在所述储料盒上交错布置。

4.根据权利要求3所述的电刷生产装置，其特征在于，所述第一输料管组件包括：

第一硬管，所述第一硬管贯穿所述第一震动装置，所述第一震动装置内灌注有介质液，所述介质液的高度高于所述第一硬管的上端面；

第一软管，所述第一软管设置有两段，一段所述第一软管的一端与所述第一料箱密合连接，另一端与所述第一硬管密合连接；另一段所述第一软管的一端与所述第一硬管密合连接，另一端与所述储料盒密合连接。

5.根据权利要求3所述的电刷生产装置，其特征在于，所述第二输料管组件包括：

第二硬管，所述第二硬管贯穿所述第二震动装置，所述第二震动装置内灌注有介质液，所述介质液的高度高于所述第二硬管的上端面；

第二软管，所述第二软管设置有两段，一段所述第二软管的一端与所述第二料箱密合连接，另一端与所述第二硬管密合连接；另一段所述第二软管的一端与所述第二硬管密合连接，另一端与所述储料盒密合连接。

6.根据权利要求2所述的电刷生产装置，其特征在于，所述架体上设置所述第一料箱和所述第二料箱的一侧还设置有第一冲头；

所述塑模件滑动设置在所述架体上，且所述塑模件滑动的两端分别与所述储料盒和所述第一冲头的位置对应。

7.根据权利要求6所述的电刷生产装置，其特征在于，所述第一冲头竖直滑动设置在所述架体上，所述第一冲头的直径尺寸与所述塑模件的内径尺寸适配，所述第一冲头由电力驱动。

8.根据权利要求7所述的电刷生产装置，其特征在于，所述塑模件的底部还设置有第二冲头，所述第二冲头密合套设在所述塑模件内，且与所述塑模件滑动连接，所述第二冲头由电力驱动。

9.根据权利要求2所述的电刷生产装置，其特征在于，所述架体上与所述储料盒对应的一侧设置有控制板，所述控制板与所述架体滑动连接，所述控制板的一端水平插拔设置在所述储料盒内靠近所述塑模件的一端内。

10.一种石墨电刷烧结设备，其特征在于，所述电刷生产装置包括上述权利要求1-9中任意一项所述的电刷生产装置。

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