MXPA00002997A - Conmutador de carbono - Google Patents

Abstract

Un ensamble de conmutador frontal de segmento de carbono (12) para un motor eléctrico incluye una línea anular de secciones conductoras de cobre (14) que se sobremoldea con composición de carbono enlazada de resina de conducción eléctrica que interbloquea mecánicamente a las secciones conductoras (14) mediante aberturas (34) y define una superficie de conmutación (22). el sobremolde de carbono entonces se corta en segmentos iguales (18) que tienen una forma general de una pieza de pastel circular de corte radial . Un cubo anular (24) entonces se forma mediante sobremoldeo de un material aislante alrededor y bajo los segmentos de carbono (18). Cada segmento de carbono tiene una pared deápice interna (44) con plataforma de detención interna (48) y una pared deápice externa (48) con plataforma de detención externa (50). El conmutador de carbono es más debido a que los segmentos de carbono se interbloquean mecánicamente por las paredes (44,46) y la s dentaciones (48,50).

Description

CONMUTADOR DE CARBONO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere generalmente a un conmutador de segmento de carbono para un motor eléctrico y un método para su fabricación Los motores de corriente directa de imán permanente algunas veces se utilizan para aplicaciones de bomba de combustible sumergida. Estos motores típicamente emplean ya sea conmutadores de tipo frontal o cilindro o conmutadores de tipo de "barril". Los conmutadores de tipo frontal tienen superficies de conmutación planas, circulares dispuestas en un plano perpendicular al eje de rotación de la armadura. Los conmutadores de tipo de barril tienen superficies de conmutación arqueada, cilindricas dispuestas en la superficie externa de un cilindro que se coloca coaxialmente alrededor del eje de la rotación de la armadura. A pesar' de sus configuraciones de superficie de conmutación, los motores eléctricos utilizados en aplicaciones de bomba de combustibles sumergidos deben ser pequeños y compactos, tienen una vida larga, son capaces de operar en ambiente de corrosión, son económicos en su fabricación y operación y son esencialmente libres de mantenimiento. Los motores de bomba de combustibles sumergidos deben algunas veces operar en un medio de combustible fluido que contiene un compuesto de oxígeno, tal como alcohol metílico o alcohol etílico. El alcohol incremente la conductividad del combustible y, por lo tanto, la eficacia de una reacción electroquímica que cubre cualquier componente de motor de cobre que se expone al combustible. Debido a esta razón, el carbono y las composiciones de carbono algunas veces se utilizan para formar segmentos de carbono con superficies de conmutación segmentadas para los motores . Lo anterior se debe a que los conmutadores de carbono no se corroen o "desgastan" ya que los conmutadores de cobre lo hacen. Los conmutadores con segmentos de carbono- también incluyen típicamente secciones de contacto metálico que están en contacto eléctrico con los segmentos de carbono y proveen una terminal para conectar físicamente cada contacto eléctrico a un alambre de bobina de armadura. Se sabe que para formar un conmutador de carbono al moldear primero y calentar el tratamiento de un compuesto de carbono moldeable o maquinar el carbono o almacenamiento de carbono/grafito tratado con calor. Esta disposición se muestra en la Descripción Alemana 3150505.8. Un cubo aislante de conmutador entonces se puede formar para soportar al substrato metálico. El cubo se puede moldear directamente al substrato metálico ya sea antes o después que el carbono se una al substrato metálico. La ranuras entonces se maquinan a través del artículo de carbono y el substrato metálico para separar- el artículo de carbono y el substrato en un número de segmentos eléctricamente aislados. En diámetro interno, un diámetro externo y la superficie de conmutación del conmutador también puede requerir ser maquinadas . Después de que el conmutador completado se ensambla en una armadura, un molde de sujeción se puede colocar en la armadura del conmutador recientemente ensamblada en un procedimiento de sobremoldeo final. Un extremo abierto del molde de sujeción se hace para sellarse alrededor del conmutador en una forma que deja a la superficie de conmutación expuesta. El material aislante entonces se inyecta en el molde de sujeción. Una vez que el material aislante se ha curado, el molde de sujeción se remueve. El paso de sobremoldeo final protege a los devanados de armadura de cobre y otros elementos propensos a la corrosión de reaccionar químicamente con los fluidos del ambiente tal como los combustibles oxigenados. El sobremoldeo también asegura los alambres para reducir el potencial de fallas de tensión y para mantener un nivel de balance dinámico corregido. El sobremoldeo también reduce las pérdidas de devanado en la bomba. En donde, en la fabricación de dicho conmutador, los cortes se maquinan en o a través de un substrato metálico, chips de metal se pueden producir. Estos chips de metal se pueden cargar en las ranuras entre los segmentos provocando fallas eléctricas. La maquinación en un substrato metálico también puede exponerse a porciones de corte del substrato para efectos de corrosión de combustibles oxigenados . En donde las porciones de carbono y substrato de metal de un conmutador se maquinan para formar segmentos eléctricamente aislados, algún tipo de estructura de soporte se debe de proveer para reforzar al conmutador y unir mecánicamente a los segmentos de carbono y a las secciones del conductor. Estas estructuras de soportes algunas veces requieren espacio axial adicional substancial para el conmutador, el cual puede incrementar la longitud axial total del ensamble de armadura-conmutador y o reducir el tamaño y la cantidad de alambre devanado en la armadura. Para algunos tipos de composiciones eléctricas y conducción de resina en las salas de carbono, un revestimiento de superficie de aislamiento característicamente se forma en la superficie de la composición conforme se cura. Este revestimiento forma un impedimento para el contacto eléctrico entre la composición de carbono y las secciones del conductor metálico. Por lo tanto, un conmutador de carbono que utiliza dicha composición debe proveer una trayectoria eléctrica a través del revestimiento de superficie de aislamiento. Un enfoque para resolver estos problemas se describe en la Patente Norteamericana No. 5,386,167 presentada el 31 de enero de -*>1995 a Strobi (la Patente Strobi) . La Patente Strobi muestra un disco de carbono fabricado de composición de carbono de conducción eléctrica enlazada de resina. Para evitar los problemas asociados con la maquinación en los substratos de metal, el disco de carbono se sobremoldea en ocho segmentos de cobre en forma de pastel para entonces cortar radialmente entre los segmentos para formar ocho segmentos de carbono eléctricamente aislados. Un substrato de plástico sujeta a los segmentos de cobre en posición para el sobremoldeo del carbono y provee el interbloqueo mecánico entre los segmentos de carbono. Sin embargo, el substrato de plástico incrementa el espesor axial del conmutador. Además, la Patente Strobi no provee estructuras que puedan proveer una trayectoria eléctrica en el recubrimiento de la composición de carbono o estructuras de puedan de otra forma reducir la resistencia. Lo que se requiere es un conmutador de segmento de carbono que sea más fuerte y proporcione resistencia eléctrica inferior a través del contacto de carbono incrementado hacia al cobre dentro de lo segmentos de carbono y a través de cualquier recubrimiento de superficie de aislamiento que se pueda formar. Lo que también se requiere es un método de fabricación de dicho conmutador que requiera menos tiempo de maquinación y proporcione vida más larga de herramienta . De acuerdo con la presente invención un ensamble de conmutador de segmento de carbono se provee en el cual un disco de carbono se moldea en un substrato metálico pre-estampado que tiene una proyección hacia arriba, y un cubo aislante se moldea sobre el substrato sobremoldeado de carbono previo al corte de las ranuras radiales. El ensamble de conmutador comprende una hilera anular de al menos dos secciones conductoras circunferencialmente separadas dispuestas alrededor de un eje rotacional y una línea anular de al menos dos segmentos de carbonos separados circunferencialmente formados en una composición de, carbono conductora. Cada segmento de carbono se moldea en al menos una superficie de una correspondiente de las secciones conductoras con la línea anular que define una superficie de conmutación segmentada del conmutador. Un cubo aislante sobremoldeado se dispone alrededor y entre los segmentos de carbono. El cubo aislante mecánicamente interbloquea a los segmentos de carbono. Cada sección conductora tiene al menos una proyección conductora que es al menos incrustada parcialmente en una correspondiente de los segmentos de carbono sobremoldeados . De acuerdo con un aspecto de la presente invención se provee un método para hacer el ensamble de conmutador de segmento de carbono descrito con anterioridad. El método incluye la formación de una línea anular de secciones conductoras entonces formando un sobremolde de carbono mediante el moldeo de la composición de carbono enlazada de resina de conducción eléctrica en la línea de sección conductora anular. Durante el moldeo del carbono, las ranuras se forman en una superficie interior del sobremolde de carbono opuesto a la superficie de conmutación. Inmediatamente después, el cubo aislante se forma por el sobremoldeo del sobremolde de carbono y la línea de sección conductora con material aislante que al menos parcialmente ocupa a las ranuras internas y mecánicamente interbloquea los segmentos de carbono. Finalmente, la maquinación de las ranuras se hace dentro desde la superficie de conmutación del sobremolde de carbono a las ranuras internas forma a la línea anular de los segmentos de carbono eléctricamente aislados. A diferencia de los conmutadores de la técnica anterior, las ranuras internas llenas de la presente invención dejan solamente una sección delgada del segmento de carbono para que se maquine a través del aislamiento eléctrico de los segmentos de carbono. Lo anterior provee al menos tres beneficios: ranuras profundas resultan en un conmutador más fuerte y/o más corto de manera axial, menos tiempo de maquinación se requiere para cortar las ranuras, y el uso de la herramienta se reduce resultando en una vida de herramienta prolongada. Además, las proyecciones conductoras de la presente invención reducen la resistencia eléctrica mediante el incremento del área de superficie de contacto entre las secciones conductoras y sus segmentos de carbono correspondientes. Las proyecciones también proveen resistencia eléctrica inferior a través del carbono incrementado al contacto de cobre dentro de los segmentos de carbono y proveen una trayectoria eléctrica a través de cualquier recubrimiento de superficie aislante que pueda formarse sobre los segmentos de carbono hechos de ciertas composiciones de carbono. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para entender mejor y apreciar la invención, se hace referencia la siguiente descripción detallada en conexión con los dibujos anexos: La Figura 1 es una vista superior de un ensamble de conmutador de tipo frontal de carbono construido de acuerdo con la presente invención; la Figura 2 es una vista en sección transversal del ensamble del conmutador de la Figura 1 tomada a lo largo de la línea 2-2; la Figura 2A es una vista en sección transversal de una construcción de ensamble de conmutador alternativa a la mostrada en la Figura 2; la Figura 3 es una vista laterai del ensamble de conmutador de la Figura 1; la Figura 4 es una vista superior de una línea de secciones conductoras de cobre estampadas desde una preforma de cobre cuadrada de acuerdo con la presente invención; la Figura 5 es una vista lateral de la preforma de cobre estampada de la Figura 4; la Figura 6 es una vista superior de un anillo de composición de carbono sobremoldeado en la preforma de cobre estampada de acuerdo con la Figura 5 de acuerdo con la presente invención; la Figura 7 es una vista lateral en sección transversal de la preforma estampada sobremoldeada de la Figura 6 tomada a lo largo de la línea 7-7 de la Figura 6; la Figura 8 es una vista inferior de la preforma estampada sobremoldeada de la Figura 6; la Figura 9 es una vista en perspectiva en corte parcial en sección transversal parcial de un molde de sujeción colocado alr-ededor de una armadura ensamblada a un ensamble del conmutador construido de acuerdo con la presente invención; la Figura 10 es una vista en perspectiva de una sección de conductor alternativa construida de acuerdo con la presente invención; y la Figura 11 es una vista superior de una sección conductora alternativa construida de acuerdo con la presente invención. Un ensamble de conmutador de segmento de carbono de tipo frontal plano para un motor eléctrico generalmente se muestra en 12 en las Figuras 1-3 y 9. El ensamble de conmutador 12 comprende una línea anular de ocho secciones conductoras circunferencialmente separadas, generalmente indicadas en 14 en las Figuras 1-11. Cada sección conductora 14 es una pieza de cobre triangular mas o menos delgada, plana. Las secciones conductoras 14 se disponen alrededor de un eje rotacional conmutador 16 como se muestra en las Figuras 1-9. Cada sección conductoras 14 tiene la misma configuración sectorial general como todas las secciones conductoras 14. En otras palabras, como mejor se muestra en la Figura 4, cada sección conductora 14 tiene la forma de una pieza de pastel circular radialmente cortado. Como generalmente se indica en las Figuras 1, 2, 8 y 9, el ensamble de conmutador 12 también comprende una línea anular de ocho segmentos de carbonos circunferencialmente separados 18. Cada segmento de carbono 18 tiene la misma configuración sectorial general que todos los segmentos de carbono. Los segmentos 18 se forman inicialmente como un disco de carbono anular único como se muestra en 20 en la Figura 6. El disco de carbono 20 se fabrica de una composición de carbono de conducción moldeable enlazada mediante resina de conducción eléctrica antes de cortarse en ocho segmentos iguales 18. el disco de carbono 20 o "sobremolde" se sobremoldea en la sección conductora 14 de la línea de manera que con el disco 20 se corta, cada segmento de carbono 18 se deja formado en una superficie superior de una correspondiente de las secciones conductoras 14. La línea anular de los segmentos de carbono 18 tiene una superficie superior segmentada como circular 22 que sirve como la superficie de conmutación segmentada del conmutador. Un cubo aislante sobremoldeado, generalmente indicado en 24 en las Figuras 1-3, se dispone circunferencialmente alrededor, bajo y entre los segmentos de carbono 18 y las secciones conductoras 14. Cuando se cura, el cubo aislante 24 interbloquea mecánicamente los segmentos de carbono 18. El cubo aislante 24 tiene generalmente una forma cilindrica con una abertura de flechas de armadura cilindrica 26 dispuesta coaxialmente a lo largo del eje rotacional del conmutador 16 como se muestra en la Figura 9, la abertura de flecha cilindrica 26 se forma para recibir una flecha de armadura 28. Cada sección conductora 14 tiene dos proyecciones conductoras hacia arriba integrales, mostradas en 30 en las Figuras 4 y 5. Las proyecciones conductoras 30 se extienden desde los bordes diagonales opuestos de una superficie superior 32 de la sección conductora 14. Cuando la composición de carbono se sobremoldea en la sección conductora 14 de línea, las proyecciones hacia arriba 30 se incrustan en la masa sobremoldeada 20. Después el disco de carbono 20 se corta en segmentos 18, cada una de las proyecciones hacia arriba 30 de cada sección conductora 14 permanece incrustada en la correspondiente de los segmentos de carbono sobremoldeados 18. Las proyecciones incrustadas 30, debido a su forma y ubicación dentro de los segmentos de carbono 18, reducen la resistencia eléctrica mediante el incremento del área de superficie de contacto entre cada sección conductora 14 y su correspondiente segmento de carbono 18 como se describirá más adelante con más detalle. Cada sección conductora 14 en la sección conductora 14 de línea incluye una abertura de sección conductora circular, mostrada en 34 en las Figuras 2 y 4. Una abertura de sección conductora 34 se dispone aproximadamente a la mitad entre un ápice interno 36 y un margen circunferencial externo 38 de cada sección conductora 14. Como se muestra en las Figuras 4 y 6-8, en el ápice interno 36 de cada sección conductora 14 se encuentra una lengüeta de ápice rectangular 40. Como mejor se muestra en las Figuras 1-3, un tanque 42 se extiende integral y radialmente hacia afuera desde el margen circunferencial externo 38 de cada sección conductora 14. Como se muestra en las Figuras 4 y 5, las proyecciones conductoras 30 son porciones de transportación que se extienden integralmente hacia arriba desde las secciones conductoras 14. Cada sección conductora 14 incluye dos proyecciones de transportación 30. Cada proyección de transportación 30 es alargada y rectangular en forma y se transporta (por ejemplo, axialmente hacia afuera) desde su sección conductora respectiva 14 a lo largo del margen alargado inferior. Cada sección conductora se incrusta entre el cubo aislante 2-4 y uno de los segmentos de carbono 18. El tanque 42 de cada sección conductora 14 sobresale radialmente hacia fuera desde el cubo aislante 24. Como mejor se muestra en las Figuras 1 y 8, cada segmento de carbono 18 tiene la forma general de una pieza de pastel circular de corte radial, es decir, la misma forma general que cada sección conductora 14. Sin embargo, cada segmento de carbono 18 es más largo, más amplio y más grueso que cada sección conductora 14. Cada segmento de carbono 18 tiene una pared de ápice interna 44 y una pared periférica semicircunferencial externa 46. La pared de ápice interna 44 y la pared circunferencial externa 46 de cada segmento de carbono 18 tienen perfiles escalonados que definen una plataforma de detención interna 48 y una plataforma de detención externa 50 respectivamente. Los segmentos de carbono 18 se fabrican de una composición moldeada por inyección y endurecida de polvo de grafito y material portador con el polvo de grafito hecho de hasta 50-80% en peso de la composición total. El material portador de preferencia es una resina de sulfuro de polifenileno (PPS) . Aunque la composición' es adecuada para la práctica de la invención, otras composiciones de carbono conocidas en la técnica anterior son adecuadas para su uso en la presente invención dependiendo de la aplicación en la que se utiliza la armadura. En otras modalidades, las partículas de metal se pueden incrustar en la composición de polvo de carbono y el material portador para reducir la resistencia eléctrica entre cada sección conductora y sus segmentos de carbono correspondientes mediante el mejoramiento de la conductividad de la superficie de segmento de carbono. El contenido de metal total de la composición en dichas modalidades puede ser menor a 25%. Las partículas de metal pueden tener uno o más de un número de configuraciones diferentes para incluir hojuelas en polvo. Las partículas de preferencia se hacen de plata o cobre. Las sintaxis radiales, generalmente indicadas en 52 en las Figuras 1, 2, 3, 7 y 8 separan a los segmentos de carbono 18. Cada una de las sintaxis 52 tiene una porción de ranura interna y una porción de ranura externa '56. Las porciones de ranura interna 54 se forman durante el sobremoldeo del carbono. Las porciones de ranura externa 56 se forman mediante la maquinación de la superficie de maquinación 22. El cubo aislante 24 tiene superficie superior e inferior planas dispuestas adyacentes a los bordes superior e inferior de la pared lateral circunferencial. El cubo circunferencial de la pared lateral se dispone perpendicular a la superficie superior e inferior del cubo 24. Co o mejor se muestra en la Figura 2, la abertura de flecha de armadura 26 incluye unas secciones frustocónica superior 58 e inferior 60 que se ahusan hacia adentro desde los diámetro superior e inferior externos más grandes a un diámetro interno más pequeño. Una porción interna 62 de la abertura de flecha de armadura 26 tiene un diámetro constante, es decir, el diámetro más pequeño a lo largo de su longitud axial . Una construcción de ensamble de conmutador de segmento de carbono alternativa generalmente se indica en 12a en la Figura 2A. Los números de referencia con el sufijo "a" en la Figura 2A indican las configuraciones alternativas de los elementos que también aparecen en la modalidad de la Figura 2. En donde una porción de esta descripción utiliza un número de referencia para referirse a la Figura 2, Se pretende que la porción de la descripción se aplique igualmente a los elementos designados por los números que tienen el sufijo "a" en la Figura 2A. Como se muestra en la Figura -2A, cada segmento de carbono 18a incrusta una de las secciones conductoras 14a. Esta disposición lleva al máximo la resistencia y el área' de contacto eléctrica entre cada segmento de carbono 18a en su sección conductora correspondiente 14a. Las porciones de ranura interna 54 de los intersticios 52 se llenan con el material aislante del cubo 24. El material aislante de cubo también se dispone alrededor de la circunferencia del segmento de carbono 18 de la línea e incrusta la plataforma de detención externa 50 de cada segmento de carbono 18. El material aislante del cubo que forma la abertura de flecha 26 también incrusta a la plataforma de detención interna 48 de cada segmento de carbono 18. Como mejor se muestra en la Figura 3, el cubo aislante 24 incluye una base circunferencial 64 que se extiende completamente alrededor de una pared lateral circunferencial del cubo aislante 24. La base 64 tiene una amplitud axial que se extiende desde los tanques de sección conductores salientes 42 a las ranuras externas sin llenar 56 de los intersticios 52. Como se muestra en la Figura 9, la base circunferencial 64 provee una superficie de sellado circunferencial para acoplarse con una superficie correspondiente 64 de un molde de tipo de sujeción 67. El molde de tipo de sujeción 67 se utiliza en un procedimiento de sobremoldeo de aislamiento que se explica con más detalle a continuación. El material aislante de cubo comprende un llenado vitreo fenólico disponible de Rogers Corporation of Manchester Connecticut bajo la designación comercial "Rogers 660". Otros materiales que podrían ser adecuados para su uso en lugar de Rogers 60 incluyen termoplásticos de ingeniería de alta calidad, es decir, termoplásticos que muestran un alto grado de estabilidad cuando se someten a cambios de temperatura . En otras modalidades, las líneas anulares de las secciones conductoras 14 y los segmentos de carbono 18 pueden incluir más o menos ocho secciones, respectivamente. Y de igual manera, el material portador de la composición de carbono puede comprender una resina fenólica con hasta 80% de carga de grafito de carbono, una resina de termofij ación o una resina termoplástica diferente a PPS, tal como polímero de cristal liquido (LCP) . Las resinas de PPS y de tipo fenólico soportan exposición de largo tiempo a combustibles y alcoholes. Otras modalidades pueden emplear también un ensamble de conmutador 12 del tipo cilindrico o de "barril" en lugar del conmutador de tipo frontal mostrado en las Figuras . En otras modalidades las proyecciones de sección conductoras 30 pueden tener cualquiera o más de un gran número de configuraciones posibles diseñadas para incrementar el carbono en el contacto de superficie de cobre. Por ejemplo, en lugar de comprender porciones de transportación únicas de las secciones conductoras como se muestra en 14 en las Figuras 4 y 5, las proyecciones pueden en su lugar comprender elementos separados, sujetos en su lugar bajo el dedo de transportación 66 que se extiende desde las secciones conductoras 14' como se muestra en la Figura 10. Como también se muestra en la Figura 10, los elementos separados 30' pueden tomar la forma de una pluralidad de tiras metálicas alargadas estrechas. En la Figura 10, un cepillo de alambre similar a un paquete de tiras metálicas se muestra sujeto a una sección conductora 14' mediante la inclinación de un dedo de metal 66 lejos de la sección conductora 14' y la sujeción del dedo 66 en los alambres. Como se muestra en la Figura 11, otras modalidades pueden incluir tanques 42'' formados con terminaciones 68 que incluyen cada una un par de ranuras para recibir alambres eléctricos aislados, es decir, terminaciones de tipo de "desplazamiento de aislamiento". Cuando un alambre aislado se forza lateralmente a entrar en una de estas ranuras, los bordes de metal que definen los lados de las ranuras cortan a través y separan el alambre de aislamiento para exponer y hacer el contacto eléctrico con el alambre. En modalidades que utilizan las terminaciones de tanque de tipo de desplazamiento de aislamiento 68, los alambres que se extienden desde las devanaciones de armadura 69 se pueden forzar en las terminales respectivas 42' ya sea durante o después del procedimiento de devanación de la armadura. Lo anterior puede eliminar la necesidad de soldadura o calentamiento de los alambres a las terminaciones de tanque 68. En la práctica, ' el conmutador de carbono descrito con anterioridad se construye por la primera formación de la línea anular de secciones conductoras. Lo anterior- se hace mediante el estampado de la línea anular desde la preforma de cobre única 70 como se muestra en las Figuras 4 y 5. El procedimiento de estampado deja cada sección conductora 14 conectada por una tira de metal 72 delgada, que se extiende radialmente a una periferia externa sin estampar 74 de la preforma de cobre 70. Las tiras de cobre delgada 72 permiten que la -periferia externa 74 actúe como un anillo de soporte que sujeta a las secciones conductoras 14 en posición, siguiendo el estampado, para los pasos subsecuentes en el procedimiento de construcción del conmutador. El sobremolde de carbono 20 entonces se forma, como se muestra las Figuras 6 y 8, al moldear la composición de carbono en una superficie superior 32 de la línea anular de la sección conductora 14. La composición de carbono se sobremoldea de tal manera que cubre completamente e interbloquea mecánicamente a las secciones conductoras 14. En el procedimiento de sobremoldeo de carbono la composición fluye en cada abertura de sección conductora 34 y sobre cada . borde periférico de cada sección conductora. Sin embargo, como mejor se muestra en las Figuras 4, 6- y 8, la lengüeta de ápice 40 de cada sección conductora 14 se deja expuesta por el sobremolde de carbono 20. Las lengüetas de ápice 40 se extienden radialmente hacia adentro en la abertura de armadura 26. La composición de carbono también cubre a las proyecciones conductoras hacia arriba integrales 30. Lo anterior permite que las proyecciones 30 se extiendan a través del espesor de el revestimiento de superficie aislante que forma característicamente en las superficies exteriores de un sobremolde de carbono 20 conforme se cura la composición de carbono. Mediante la extensión a través de el revestimiento aislante, las proyecciones 30 sirven para reducir la resistencia eléctrica del contacto mediante el incremento de la cantidad del área de superficie de contacto entre el carbono y el cobre. También en el procedimiento de sobremoldeo de carbono, las porciones de ranura radiales 54 de los intersticios 52 se moldean en una superficie interna o inferior 76 del sobremolde de carbono 20 opuesto a la superficie de conmutación 22 y entre las secciones conductoras 14. Las ranuras 54 pueden alternativamente, formarse por otros medios bien conocidos tales como maquinación. Como se muestra en las Figuras 1-3, el cubo 24 entonces se forma por una segunda operación de sobremoldeo que cubre el sobremolde de carbono 20 y la sección conductora 14 de línea con el material aislante de cubo. Durante este procedimiento de sobremoldeo de cubo, el material aislante de cubo rodea al sobremolde de carbono 20 en las secciones conductoras 14. El material aislante de cubo llena completamente las ranuras radiales 54 que se formaron en la superficie inferior 76 del sobremolde de carbono 20 en el procedimiento del sobremoldeo de carbono, es decir, las porciones de ranura interna 54 de los intersticios 52. Solamente la porción de superficie de conmutación 22 del sobremolde de carbono 20 se deja expuesto después que se completa la operación de sobremoldeo de cubo. Conforme el cubo aislante 24 se sobremoldea, el material aislante que se forma alrededor de la circunferencia del segmento de carbono 18 de línea también fluye sobre la plataforma de detención externa 50 de cada segmento de carbono 18 como mejor se muestra en la Figura 2. El material • aislante que forma alrededor de la abertura de flecha de armadura 26 fluye sobre la plataforma de detención interna 48 de cada segmento de carbono 18. Después de que el material aislante de cubo se ha endurecido en las plataformas de detención interna 48 y externa 50 de cada segmento de carbono 18 y después de que el aislante se ha endurecido bajo los segmentos de carbono 18 y las secciones conductoras 14, el material aislante de cubo endurecido sirve para retener mecánicamente a los segmentos de carbono 18 en relación entre sí. Además, el material aislante de cubo endurecido, retiene secundariamente a los segmentos de carbono 18 en sus secciones conductoras respectivas 14. Después de que el cubo 24 se ha sobremoldeado en el sobremolde de carbono 20 y la línea de sección conductora, una porción de la periferia externa 74 de la preforma de cobre sin estampar 70 se recorta de alrededor del cubo aislante sobremoldeado 24. Una vez que la periferia 74 se ha cortado, cada tira 72 se dobla para formar un tanque corto 42 de cada tira de conexión 72 que sobresale radialmente hacia afuera desde una superficie circunferencial externa del cubo 24. Los tanques 42 se colocan de esta forma y configuran para su uso en conexión con cada sección conductora 14 para una extensión de alambre de armadura desde una devanación de armadura. Como mejor se muestra en las Figuras 1-3, la línea anular de los segmentos de carbono eléctricamente asilados 18 entones se forma mediante maquinación de las ranuras radiales superficiales 56 hacia adentro de la superficie de conmutación expuesta 22 del sobremolde de carbono 20 a las ranuras radiales subyacentes 54. Las ranuras 56 se pueden formar mediante técnicas de contacto o sin contacto de maquinación incluyendo, pero no limitándose a, aquellas que utilizan sierras de diente.

Debido a que las ranuras radiales 56 se encuentran en alineación subyacente directa con las ranuras radiales 54, las ranuras radiales 56 se pueden cortar completamente a través del sobremolde de carbono 20 y ligeramente en el material aislante que ocupa las ranuras radiales 54. Lo anterior asegura que el sobremolde de carbono 20 se corta completamente a través de los segmentos de carbono 18 completamente separados y aislados eléctricamente entre sí. Las ranuras radiales llenadas con aislantes 54 y las ranuras radiales 56 por lo tanto se unen con el conmutador y forman los intersticios 52 entre los segmentos de carbono 18 como se describió anteriormente. La porción de ranura radial llenada con aislante 54 de cada intersticio 52 constituye aproximadamente la mitad de la profundidad y cada intersticio 52. En consecuencia, para cortar la mitad restante de la profundidad de cada intersticio 52 se requiere solamente una ranura relativamente superficial 56. Finalmente, el ensamble de conmutador completado 12 se ensambla en un ensamble de armadura 80 como se muestra en la Figura 9. El molde de sujeción 67 entonces se coloca sobre el ensamble de armadura de conmutador recientemente ensamblado, generalmente indicado en 81 en la Figura 9. Aunque la colocación del molde de sujeción 67 sobre el ensamble de conmutador-armadura 81, la superficie de sellado 65 del molde de sujeción 67 se hace par sellar la base circunferencial 64. El material aislante entonces se inyecta en el molde de sujeción 67. Una vez que el material aislante se ha curado, el molde de sujeción 67 se remueve. Este paso de sobremoldeo final se pretende para proteger los devanados de armadura de cobre 69 y otros elementos propensos a la corrosión de reaccionar químicamente con fluidos ambientales tales como gasolina. Un procedimiento de fabricación de conmutador utilizado de acuerdo con la presente invención no involucra la maquinación de cobre y, por lo tanto, no produce cortes de cobre y chips que puedan cargarse entre los segmentos de carbono 18. Además, no se deja expuesto ningún cobre para reaccionar con los fluidos ambientales tales como la gasolina. Debido a que un ensamble de conmutador 12 construido de acuerdo con la presente invención requiere solamente ranuras superficiales 56 en su superficie de conmutación 22 para aislar eléctricamente sus segmentos de carbono 18, el ensamble de conmutador completado 12 es más fuerte y más capaz de resistir el rompimiento. Como una alternativa al ensamble de conmutador más fuerte, el cubo 24 del ensamble de conmutador 12 puede diseñarse para ser axialmente más corto, permitiendo que el ensamble de conmutador-armadura sea de diseño axialmente más corto o para que porte más devanados de armaduras 69. En otras palabras, los diseñadores pueden capitalizar la longitud de cubo más corta mediante la reducción del ensamble del conmutador-armadura general o incluyendo más devanados de armaduras 69. Otra ventaja de las ranuras superficiales 56 es que permiten la base circunferencial 64 entre los tanques 42 y las ranuras 56. Al proveer una superficie de sellado conveniente para un molde de sujeción, la base circunferencial 64 elimina la necesidad de~ una operación más complicada que involucra el recubrimiento de las ranuras 56 para evitar el flujo de salida del material de sobremoldeo en y a través de las ranuras 56. Esto es una descripción ilustrativa de la invención utilizando palabras de descripción más que de limitación. Obviamente, varias modificaciones y variaciones de la presente invención son posibles a la luz de las enseñanzas anteriores. Dentro del alcance de las reivindicaciones, se puede practicar la invención de una forma diferente a la que se describe.

Claims (20)

1. REIVINDICACIONES 1. Un ensamble de conmutador de segmento de carbono para un motor eléctrico, caracterizado porque el ensamble de conmutador comprende: Una línea anular de al menos dos secciones conductoras circunferencialmente separadas dispuestas alrededor de un eje rotacional; una línea anular de al menos dos segmentos de carbono circunferencialmente separados formados de una composición de carbono conductora, cada segmento de carbono sobremoldeado en al menos en una superficie de una sección correspondiente de las secciones conductoras, la línea anular define una superficie de conmutación segmentada del conmutador; un cubo aislante sobremoldeado dispuesto alrededor y entre los segmentos de carbono, el cubo aislante interbloquea mecánicamente los segmentos de carbono e incluye una superficie externa; cada sección conductora tiene al menos una proyección conductora al menos parcialmente incrustada en un segmento correspondiente de los segmentos de carbono sobremoldeados para reducir la resistencia eléctrica mediante el incremento del área de superficie de contacto entre cada sección conductora y su segmento de carbono correspondiente.
2. 2. El ensamble de conmutador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque la proyección conductora comprende una pluralidad de tiras metálicas alargadas estrechas.
3. 3. El ensamble de conmutador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque las secciones conductoras se hacen de cobre.
4. 4. El ensamble de conmutador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el ensamble de conmutador es un ensamble de conmutador de tipo frontal plano.
5. 5. El ensamble de conmutador de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque cada sección conductora incluye una porción de tanque que se extiende hacia fuera y en la cual cada sección conductora se incrusta entre el cubo aislante y el segmento de carbono sobremoldeado con la porción de tanque de cada sección conductora sobresaliendo hacia fuera desde la superficie externa del cubo aislante.
6. 6. El ensamble de conmutador de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque incluye intersticios radiales que se separan de las secciones de carbono, cada intersticio tiene una porción de ranura interna llena con el material aislante de cubo y una porción de ranura externa sin llenar, y en el cual el cubo aislante incluye una base circunferencial dispuesta entre los tanques y la porcicn de ranura externa sin llenar • de los intersticios .
7. 7. El ensamble de conmutador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque los segmentos de carbono comprende una composición de polvo de carbono y material portador.
8. 8. El ensamble de conmutador de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque los segmentos ' de carbono comprenden partículas de metal incrustadas en la composición del polvo de carbono y material portador.
9. 9. El ensamble de conmutador de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque el material portador se selecciona del grupo que consiste de resina fenólica, una resina de termofijación y una resina termoplástica .
10. 10. El ensamble de conmutador de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque 50-80% en peso de la composición de carbono se hace de grafito. .
11. 11. Un ensamble de conmutador de segmento de carbono para un motor eléctrico, caracterizado porque el ensamble de conmutador comprende: Una línea anular de al menos dos secciones conductoras circunferencialmente separadas dispuestas alrededor de un eje rotacional; una línea anular de al menos dos segmentos de carbono circunferencialmente separados formados de una composición de carbono conductora, cada segmento de carbono sobremoldeado en al menos una superficie de una sección correspondiente de las secciones conductoras, la línea anular define una superficie de conmutación segmentada del conmutador; un cubo aislante sobremoldeado dispuesto alrededor y entre los segmentos de carbono, el cubo aislante interbloquea mecánicamente a los segmentos de carbono e incluye una superficie externa; y partículas de metal incrustadas en la composición de carbono para reducir la resistencia eléctrica entre cada sección conductora y su segmento de carbono correspondiente al mejorar la superficie de conductividad de segmento de carbono.
12. 12. El ensamble de conmutador de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado además porque la composición de carbono comprende polvo de carbono y material portador.
13. 13. El ensamble de conmutador de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado además porque cada sección conductora tiene al menos una proyección conductora incrustada al menos parcialmente en un segmento correspondiente de los segmentos de carbono sobremoldeados.
14. 14. Un método para hacer un ensamble de conmutador de carbono que comprende una línea anular de al menos dos secciones conductoras circunferencialmente separadas dispuestas" alrededor de un eje rotacional, una línea anular de al menos dos segmentos de carbono circunferencialmente separados formados de una composición de carbono conductora, cada segmento de carbono estando formado en al menos una superficie de una sección correspondiente de las secciones conductoras, la línea anular define una superficie de conmutación segmentada del conmutador, un cubo aislante sobremoldeado dispuesto alrededor y entre los segmentos de carbono, el cubo aislante interbloquea mecánicamente a los segmentos de carbono; caracterizado porque el método comprende los pasos de: Proveer una línea anular de secciones conductoras; sobremoldear una composición de carbono enlazada de resina de conducción eléctrica en la línea de sección conductora anular para proveer un sobremolde de carbono en la misma; formar ranuras internas en una superficie interna del sobremolde de carbono opuesto a la superficie de conmutación; sobremoldear el material aislante en el sobremolde de carbono y línea de sección conductora para proveer un cubo aislante que ocupa al menos parcialmente las ranuras internas e interbloquea mecánicamente a lo segmentos de carbono; y maquinar las ranuras hacia adentro desde la superficie de conmutación del sobremolde de carbono a las ranuras internas para formar la línea anular de los segmentos de carbono eléctricamente aislados.
15. 15. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque el paso de proveer de una línea anular de secciones conductoras incluye el paso de estampar la línea anular de secciones conductoras desde una preforma de cobre única.
16. 16. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque el método de estampado de la línea anular de secciones conductoras incluye el paso de dejar cada sección conductora conectada por una tira de metal delgada a una periferia externa sin estampar de la preforma de cobre.
17. 17. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque incluye el paso de maquinación de las ranuras superficiales para dejar una base circunferencial dispuesta en una superficie circunferencial externa del cubo entre las tiras de metal delgada y las ranuras .
18. 18. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque el paso adicional de cortar al menos una porción de la periferia externa de la preforma de cobre sin estampar alrededor del cubo aislante después del paso de sobremoldeo del sobremolde de carbono y la línea de sección conductora.
19. 19. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque el paso de formación de ranuras internas en una superficie interna del sobremolde de carbono opuesto a la superficie de conmutación se incluye en el paso de formación de un sobremolde de carbono.
20. 20. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además porque incluye los pasos de: Colocar un molde de sujeción sobre el ensamble del conmutador y una armadura conectada; sellar un extremo del molde de sujeción alrededor de la base circunferencial; inyectar el material aislante en el molde de sujeción; permitir que el material aislante inyectado cure; y remover el molde de sujeción.