MXPA00010594A

MXPA00010594A - Colector de carbon.

Info

Publication number: MXPA00010594A
Application number: MXPA00010594A
Authority: MX
Inventors: William A Ziegler
Original assignee: Mccord Winn Textron Inc
Priority date: 1998-05-01
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2002-10-31
Also published as: US6634082B1; WO1999057797A8; EP1075727A4; CA2330103A1; DE69918295D1; EP1075727A1; JP2002514038A; DE69918295T2; ES2221381T3; CN1304576A; US5932949A; EP1075727B1; WO1999057797A1; CN1125525C

Abstract

Un ensamble colector (12c) de segmentos de carbon tipo frontal o de barril para un motor electrico incluye una superficie de conmutacion segmentada (22c) definida por un arreglo anular de sectores de conmutacion (14c, 18c), cada sector incluye un segmento de carbon (18c) conectado a una seccion conductora respectiva (14c). Para formar el ensamble, se moldea un cilindro de carbon (20c) sobre una superficie de cobre (70c) y se forman ranuras radiales (54c) en una superficie interior del cilindro de carbon opuestas a la superficie de comunicacion. Un cubo aislante (24c) se moldea sobre el cilindro de carbon y dentro de las ranuras radiales. Se maquinan muescas (56c) hacia adentro desde la superficie de comunicacion hacia las ranuras rellenas de aislante para aislar los sectores de conmutacion. El material aislante restante asegura mecanicamente a los sectores entre si. En otras modalidades, el ensamble colector (100) se forma soldando un cilindro de carbon (142) a secciones conductoras (102) antes de moldear un cubo (112) y cortar las muescas (108) para aislar los sectores de conmutacion (106).

Description

COLECTOR DE CARBÓN DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Esta es una continuación en parte de la Solicitud de Patente Norteamericana con Número de Serie 08/937,307 presentada el 3 de Octubre de 1997. Está invención se refiere generalmente a un conmutador para segmentos de carbón para un motor eléctrico y un método para su fabricación. Los motores de corriente directa de imán permanente son algunas veces utilizados para aplicaciones de bombas de combustible sumergido. Estos motores típicamente emplean conmutadores o cilindros tipo frontal o conmutadores tipo "barril". Los conmutadores tipo frontal tiene superficies de conmutación circulares, planas dispuestas en un plano perpendicular al eje de rotación de la armadura. Los conmutadores tipo barril tienen superficies de conmutación cilindricas, arqueadas sobre la superficie lateral exterior de un cilindro que se coloca coaxialmente alrededor del eje de rotación de la armadura. A pesar de sus configuraciones de superficie de conmutación, los motores eléctricos utilizados en aplicaciones de bomba de combustible sumergido deben ser pequeños y compactos, tener una larga vida, ser capaces de operar en un ambiente corrosivo, ser económicos para su fabricación y operación y ser escencialmente libres de mantenimiento.

Los motores de bomba de combustible sumergido algunas veces deben operar en un medio de combustible líquido que contiene un compuesto de oxigeno, tal como alcohol metílico y alcohol etílico. El alcohol incrementa la 5 conductividad del combustible, y por lo tanto, la efectividad de una reacción electroquímica que deselectrodeposita cualquier componente de motor de cobre que se expone al combustible. Por esta razón, el carbón y las composiciones de carbón algunas veces son utilizados para formar segmentos de carbón con superficies de conmutación segmentadas para los motores. Esto es debido a que los conmutadores de carbón no corroen o "deselectrodepositan" , como lo hacen los conmutadores de cobre. Los conmutadores con segmentos de carbón también típicamente incluyen secciones de contacto metálico que están en contacto eléctrico con los segmentos de carbón y proporcionan una terminal para conectar físicamente cada contacto eléctrico a un bovina de la armadura. Se conoce que para formar un conmutador de carbón primero se moldea y se trata con calor un compuesto de carbón moldeable o se maquina un carbón tratado con calor o material de grafito/carbón. Tal disposición se muestra en la Descripción Alemana 3150505.8. Un cubo de aislamiento- conmutador puede formarse entonces para soportar el sustrato metálico. El cubo puede moldearse directamente al sustrato metálico ya sea antes o después de que se una el carbón al _JK_ sustrato metálico. Las ranuras entonces pueden maquinarse a través del artículo de carbón y el sustrato metálico para separar el artículo de carbón y el sustrato en un número de segmentos eléctricamente aislados. También puede requerirse maquinar ün diámetro interior, un diámetro exterior y la superficie de conmutación del conmutador. Después de que se ensambla el conmutador completo a una armadura, un molde de almeja puede colocarse sobre la armadura-conmutador recientemente ensamblada en un proceso de sobremoldeo final. Con los conmutadores tipo cara, un extremo abierto del molde de colcha se hace sellar alrededor del conmutador en una forma que deje expuesta la superficie de conmutación. El material aislador se inyecta entonces dentro del molde de almeja. Una vez que el material aislador se ha curado, se retira el molde de almeja. Esta etapa de sobremoldeo final protege a las bobinas de la armadura de cobre y a otros elementos propensos a la corrosión de la reacción química con fluidos ambientales tales como combustibles oxigenados. El sobremoldeo también asegura a los hilos para reducir el potencial a causa de las fallas de tensión y para mantener un nivel de balance dinámico corregido. El sobremoldeo también reducirá las pérdidas de resistencia aerodinámica en la bomba. Cuando, en la fabricación de un conmutador de carbón con un sustrato metálico, los cortes son maquinados dentro o a través del sustrato metálico, pueden producirse los microelementos metálicos. Estos microelementos metálicos pueden alojarse en las ranuras durante los segmentos de carbón que provocan las fallas eléctricas. Maquinar en un sustrato metálico puede exponer también las porciones en corte del sustrato a los efectos corrosivos de los combustibles oxigenados. El lugar en el que las porciones de sustrato metálicas y de carbón de un conmutador son maquinadas para formar los segmentos eléctricamente aislados, cierto tipo de estructura de soporte debe proporcionarse para reforzar el conmutador y para endurecer mecánicamente los segmentos de carbón y las secciones conductoras en conjunto. Tales estructuras de soporte algunas veces requieren espacio axial sustancialmente adicional para el conmutador, que puede incrementar toda la longitud axial del ensamble del conmutador-armadura y/o reducir el tamaño y la cantidad del bobinado en la armadura. Para algunos tipos de composiciones de carbón de resina unida de conducción eléctrica, a medida que se cura, característicamente forma sobre las superficies exteriores de la composición un forro de superficie aislante. Este forro forma un impedimento al contacto eléctrico entre la composición de carbón y las secciones conductoras metálicas. Por lo tanto, un conmutador de carbón que utiliza tal composición debe proporcionar una trayectoria eléctrica a través del forro de superficie aislante. Un enfoque para resolver estos problemas se describe en la Patente Norteamericana Número 5,386, 167 presentada el 31 de enero de 1995 para Strobi (la patente Strobi) . La patente Strobi muestra un conmutador tipo frontal que tiene ocho segmentos de carbón formados a partir de una composición de carbón de resina unida de conducción eléctrica. Para evitar los problemas asociados con la maquinación en sustratos metálicos, los segmentos de carbón se forman sobremoldeando un disco d carbón sobre ocho segmentos de cobre en forma de una pieza de tarta, entonces se cortan radialmente entre los segmentos para formar los segmentos de carbón eléctricamente aislados. Sin embargo, el sustrato plástico incrementa el espesor axial del conmutador. Además, la patente Strobi no proporciona estructuras que puedan proporcionar una trayectoria eléctrica a través del forro de la composición de carbón o las estructuras que pueden reducir de otra manera la resistencia eléctrica. La Patente Norteamericana No. 4,358,319 presentada el 9 de noviembre de 1982 para Yoshida et al. describe un ensamble de conmutador de carbón tipo barril que incluye una matriz anular cilindrica de segmentos de carbón. Cada segmento de carbón tiene una superficie lateral semicircunferencia! exterior para hacer contacto físico y eléctrico con una escobilla. Una muesca de retención se extiende alrededor de una superficie circunferencial interna de la matriz de segmento de carbón. Los segmentos de carbón son eléctricamente aislados entre sí por cortes longitudinales. Un cubo que comprende material aislante está dispuesto dentro de la matiz de segmento de carbón anular y acopla la muesca de retención en el extremo superior de cada segmento de carbón. En la fabricación de este conmutador Yoshida et al., describe un método que incluye las etapas de formar un cilindro de carbón anular con una muesca de retención, sobremoldear el cilindro de carbón con material aislador para formar un cubo y maquinar ranuras en el barril sobremoldeado para formar segmentos de barril eléctricamente aislados. Las conexiones eléctricas entre los segmentos de carbón y los hilos de la bobina se hacen soldando o pegando los hilos directamente a los segmentos de carbón mismos. Un suministro de bomba de combustible por Bosch para Mercedes Benz muestra un conmutador tipo barril que incluye una superficie de conmutación cilindrica formada por una matriz cilindrica de segmentos de carbón. Las superficies radiales interiores de los segmentos de carbón forman una superficie circunferencial compuesta de la matriz de segmento de carbón. Los segmentos de carbón están conectados eléctricamente a los hilos de la bobina respectivos mediante secciones de sustrato de cobre soldadas a las superficies interiores radiales respectivas de los segmentos de carbón. Cada sección de sustrato de cobre incluye una terminal para soportar el extremo de un alambre de la bobina. El conmutador Bosch parece estar formado adaptando y soldando una porción de tubo de un sustrato de cobre a la superficie circunferencial interior del cilindro de carbón. Los cortes radiales se hacen entonces para formar y aislar eléctricamente los segmentos de carbón y las secciones de sustrato de cobre entre sí. Un aislador sobremoldeado mantiene los segmentos de carbón y las secciones de sustrato de cobre juntos. Este proceso requiere que se fabrique un sustrato de cobre para incluir terminales de hilo y una porción de tubo cercanamente con tolerancias para fijarse dentro de la superficie circunferencial interior del cilindro de carbón. El proceso Bosch también requiere que se realice una operación de soldadura difícil entre la circunferencial interior del cilindro de carbón y el diámetro exterior del tubo de cobre. La Patente Norteamericana No. 5,255,426 expedida el 26 de octubre de 1993 para Farago et al. describe un conmutador de carbón tipo frontal fabricado primero formando un cilindro de carbón toroidal o anular que comprende carbón de grado eléctrico, granulado fino. Después, una superficie de extremo de base cilindrica es laminada con una capa de níquel. Una capa de cobre es después laminada sobre la placa de níquel. La superficie de extremo de base laminada del cilindro entonces se suelda a un sustrato de cobre formado y estampado sobre un cubo premoldeado. La ranuras laterales son entonces maquinadas axialmente hacia abajo dentro de una superficie de conmutación superior opuesta a la superficie de base del cilindro de carbón. Las ranuras son cortadas axialmente a través del carbón y el sustrato de cobre para formar los sectores del conmutador de carbón/cobre eléctricamente separado. Después de que las ranuras son maquinadas, el cubo premoldeado continua manteniendo los sectores de conmutador eléctricamente aislados juntos. Lo que se necesita son ambos conmutadores de segmento-carbón tipo barril y frontal que son más fuertes que proporciona resistencia eléctrica baja a través del contacto eléctrico mejorado entre los segmentos de carbón y los sustratos metálicos. Lo que también se necesita son métodos para fabricar tales conmutadores que sean rápidos, fáciles y de bajo costo. De acuerdo con la invención, se proporciona un ensamble de conmutador de segmento-carbón para un motor eléctrico. El ensamble de conmutador comprende una matriz anular de por lo menos dos secciones de conductor circunferencialmente separadas alrededor de un eje rotacional. El ensamble también incluye una matriz anular de por lo menos dos segmentos de carbón circunferencialmente separados formados a partir de una composición de carbón conductivo. Cada segmento de carbón está sobremoldeado sobre por lo menos una superficie de una correspondiente de las secciones del conductor. La matriz anular define una superficie de conmutación segmentada del conmutador. Un cubo aislador sobremoldeado está dispuesto alrededor y entre los segmentos de carbón. El cubo aislador mecánicamente interbloquea los segmentos de carbón e incluye una superficie exterior. Caracterizar la invención es que cada sección de conductor tenga por lo menos una saliente conductora que esté embebida por lo menos parcialmente en uno correspondiente de los segmentos de carbón sobremoldeados . Las salientes conductoras embebidas reducen la resistencia eléctrica incrementando el área de superficie de contacto entre cada sección de conductor y su segmento de carbón correspondiente. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para mejor entendimiento y apreciación de la invención, se hace referencia a la siguiente descripción detallada junto con los dibujos anexos: La Figura 1 es una vista superior de un ensamble de conmutador tipo cara-carbón 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 alternativo para aquella mostrada en la Figura 2; la Figura 3 es una vista lateral del ensamble de conmutador de la Figura 1; la Figura 4 es una vista superior de una matriz de secciones conductoras de cobre estampadas a partir de una plantilla de cobre cuadrada para formar un conmutador tipo frontal de acuerdo con la presente invención; la Figura 5 es una vista lateral de la plantilla de cobre de la Figura 4; la Figura 6 es una vista superior de un anillo de composición de carbón sobremoldeado sobre la plantilla de cobre estampada de la Figura 5 de acuerdo con la presente invención; la Figura 7 es una vista lateral en sección transversal de la plantilla estampada sobremoldeada de carbón de la Figura 6 tomada a loa largo de la línea 7-7 de la Figura 6; la Figura 8 es una vista inferior de la plantilla estampada sobremoldeada de carbón de la Figura 6; la Figura 9 es una vista en perspectiva parcialmente en corte, en sección transversal parcial de un molde de almeja colocado alrededor de una armadura ensamblada a un ensamble de conmutador construido de acuerdo con la presente invención; la Figura 10 es una vista en perspectiva de una sección conductora alternativa construida de acuerdo con la presente invención; la Figura 11 es una vista superior de una lengüeta de sección conductora alternativa de acuerdo con la presente invención; la Figura 12 es una vista en perspectiva de un conmutador del tipo barril construido de acuerdo con la presente invención; la Figura 13 es una vista frontal en sección transversal del conmutador de la Figura 12 tomada a lo largo de la línea 13-13 de la Figura 12; la Figura 14 es una vista superior en sección transversal del conmutador de la Figura 12 tomada a lo largo de la línea 14-14 de la Figura 13; la Figura 15 es una vista fragmentaria ampliada de las capas de metal laminadas sobre una superficie de extremo inferior de un segmento de carbón de conmutador tipo barril de la Figura 12 o el conmutador tipo frontal de la Figura 30; la Figura 16 es una vista superior de una porción de sustrato del conmutador de la Figura 12; la Figura 17 es una vista frontal en sección transversal del sustrato de la Figura 16, la Figura 18 es una vista en sección frontal de una porción de cilindro de carbón del conmutador de la Figura 12 conectado a la porción del sustrato del conmutador de la Figura 12; la Figura 19 es una vista superior del cilindro y del sustrato de la Figura 18; la Figura 20 es una vista superior de una modalidad alternativa del cilindro y del sustrato de la Figura 18; la Figura 21 es una vista superior de un ensamble de conmutador de carbón tipo barril alternativo construido de acuerdo con la presente invención; la Figura 22 es una vista frontal del ensamble de conmutador de carbón tipo barril alternativo de la Figura 21; la Figura 23 es una vista en sección transversal del ensamble de conmutador de la Figura 21 tomada a lo largo de la línea 23-23; la Figura 24 es una vista superior de una matriz de secciones conductoras de cobre estampadas a partir de una plantilla de cobre cuadrada para formar un conmutador tipo barril de acuerdo con la presente invención; la Figura 25 es una vista superior de un anillo de composición de carbón sobremoldeado sobre la plantilla de cobre estampada de la Figura 24 de acuerdo con la presente invención; la Figura 26 es una vista lateral en sección transversal de la plantilla estampada sobremoldeada de carbón de la Figura 25 tomada a lo largo de la línea 26-26 de la Figura 25; la Figura 27 es una vista superior de la plantilla estampada sobremoldeada de carbón de la Figura 25 sobremoldeada con un cubo de material de aislamiento eléctrico; la Figura 28 es una vista lateral en sección transversal del aislador sobremoldeado, de la plantilla estampada sobremoldeada de carbón de la Figura 27 tomada a lo largo de la línea 28-28 de la Figura 27; la Figura 29 es una vista superior de un ensamble de conmutador tipo frontal de carbón alternativo de acuerdo con la presente invención; la Figura 30 es una vista en sección transversal del ensamble de conmutador de la Figura 29 tomada a lo largo de la línea 30-30 de la Figura 29; y la Figura 31 es una vista ampliada de un enlace soldado entre una capa metalizada de carbón y un sustrato de cobre mostrada en la Figura 13 y la Figura 30. El ensamble de conmutador de segmento-carbón sobremoldeado tipo frontal plano para un motor eléctrico generalmente se muestra en la Figura 12 y en las Figuras 1-3 y 9. Una modalidad tipo barril de un ensamble de conmutador de segmento-carbón sobremoldeado se muestra en 12c en las Figuras 21-23. A menos de que se indique lo contrario, las porciones de la siguiente descripción de características del ensamble del conmutador tipo frontal mostrado en las Figuras 1-8 aplican igualmente a características de números similares de la modalidad tipo barril mostrada en las Figuras 21-28. Las características de la modalidad tipo barril mostradas en las Figuras 21-28 soportarán el sufijo "c" cuando se muestre características correspondiente de conmutador tipo frontal en las Figuras 1-8. El ensamble 12 de conmutador tipo frontal comprende una matriz anular de ocho secciones conductoras circunferencialmente separadas, generalmente indicadas en 14 en las Figura 1-11. Cada sección 14 conductora es una pieza casi triangular, plana delgada de cobre. Las secciones 14 conductoras están acomodadas alrededor de un eje 16 rotacional conmutador como se muestra en las Figuras 1-9. Cada sección 14 conductora tiene la misma configuración sectorial general como todas las otras secciones 14 conductoras. En otras palabras, y como se muestra mejor en la Figura 4, cada sección 14 conductora tiene la forma de un corte de pieza de tarta de una tarta radialmente cortada circular . Como se indica generalmente en las Figuras 1, 2, 8 y 9, el ensamble 12 de conmutador también comprende una matriz anular de ocho segmentos 18 de carbón circunferencialmente separados. Cada segmento 18 de carbón tiene la misma sección sectorial general como todos los otros segmentos de carbón. Los segmentos 18 están formados inicialmente como un disco de carbón anular sencillo como se muestra en 20 en la Figura 6. El disco 20 de carbón está hecho de una composición de carbón conductivo que se puede moldear de resina unida de conducción eléctrica antes de ser cortada en ocho segmentos 18 iguales. El disco 20 de carbón o "sobremolde" está sobremoldeado sobre la matriz de sección 14 conductora para que cuando el disco 20 esté cortado, cada segmento 18 de carbón se deje formado sobre una superficie superior de una correspondiente de las secciones 14 conductoras. La matriz anular de segmento 18 de carbón tiene una superficie 22 superior circular segmentada que sirve como la superficie de conmutación segmentada del conmutador; Un cubo aislador sobremóldeado, generalmente indicado en 24 en las Figuras 1-3 está dispuesto circunferencialmente alrededor bajo y entre los segmentos 18 de carbón y las secciones 14 conductoras. Cuando se cura, el cubo 24 aislador mecánicamente interbloquea los segmentos 18 de carbón. El cubo 24 aislador tiene una configuración generalmente cilindrica con una abertura 26 del eje de armadura cilindrica dispuesta coaxialmente a lo largo del eje 16 rotacional de conmutador. Como se muestra en la Figura 9, la abertura 26 del eje de armadura cilindrica es configurada para recibir un eje 28 de armadura. Cada sección 14 conductora tiene dos salientes conductoras invertidas integrales, mostradas en 30 en las Figuras 4 y 5. Las salientes 30 conductoras se extienden desde los bordes diagonales opuestos de una superficie 32 superior de la sección 14 conductora. Cuando la composición de carbón está sobremoldeada sobre la matriz 14 de sección conductora, las salientes 30 invertidas son embebidas en la masa 20 sobremoldeada. Después de que el disco 20 es cortado en segmentos 18, cada una de las salientes 30 invertidas de cada sección 14 conductora permanece embebida en uno correspondiente de los segmentos 18 de carbón sobremoldeado. Debido a su configuración y ubicación dentro de los segmentos 18 de carbón, las salientes 30 embebidas reducen la resistencia eléctrica incrementando la superficie de área de contacto entre cada sección 14 conductora y su segmento 18 de carbón correspondiente. Esto se discute a continuación en detalle . Cada sección 14 conductora en la matriz 14 conductora incluye una abertura de sección conductora circular, mostrada en 34 en las Figuras 2 y 4. Una abertura 34 de sección conductora está dispuesta aproximadamente a la mitad entre un vértice 36 interior y un margen 38 semicircunferencial exterior de cada sección 14 conductora. Como se muestra en las Figuras 4 y 6-8, en el vértice 36 interior de cada sección 14 conductora es una aleta 40 de vértice rectangular. Como se muestra mejor en las Figuras 1-3, una lengüeta 42 se extiende integral y radialmente hacia fuera del margen 38 semicircunferencial exterior de cada sección 14 conductora. Como se muestra en las Figuras 4 y 5, las salientes 30 conductoras son porciones dobladas que se extienden integralmente hacia arriba de las secciones 14 conductoras. Cada sección 14 conductora incluye dos salientes 30 dobladas. Cada saliente 30 doblada está alargada y es rectangular y está doblada (es decir doblada axialmente hacia fuera) de su sección 14 respectiva a lo largo de un margen alargado inferior. Cada sección 14 conductora está embebida entre el cubo 24 aislador y uno de los segmentos 18 de carbón sobremoldeado. La lengüeta 421 de cada sección 14 conductora sobresale radialmente hacia fuera del cubo 24 aislador. Como se muestra mejor en las Figuras 1 y 8, cada segmento 18 de carbón tiene la configuración general de una pieza de una tarta circular radialmente en corte, es decir, la misma forma general como cada sección 14 conductora. Sin embargo, cada segmento 18 de carbón es más largo, amplio y grueso que cada sección 14 conductora. Cada segmento 18 de carbón tiene una pared 44 de vértice interior y una pared 46 periférica semicircunferencial exterior. La pared 44 de vértice interior y la pared 46 circunferencial exterior de cada segmento 18 de carbón tiene perfiles escalonados que definen una plataforma de detención 48 interior y una plataforma de detención 50 exterior respectivamente. Los segmentos 18 de carbón están hechos de moldeo por inyección y una composición endurecida de polvo de grafito de material portador con la acumulación de polvo de grafito de 50-80% del peso total de la composición. El material portador de preferencia es resina de sulfuro polifenileno (PPS) . Mientras que esta composición es adecuada para practicar la invención, otras composiciones de carbón conocidas en la técnica anterior son adecuadas para el uso en la presente invención, dependiendo de la aplicación en la que se utiliza la armadura. En otras modalidades, las partículas de metal pueden ser embebidas en la composición de polvo de carbón y el material portador para reducir la resistencia eléctrica entre cada sección conductora y su segmento de carbón correspondiente mejorando la conductividad de superficie de segmento de carbón. Todo el contenido de metal de la composición en tales modalidades sería menos de 25%. Las partículas de metal pueden tener uno o más de un número de configuraciones diferentes para incluir polvos de escamas. Las partículas de metal preferiblemente pueden hacerse de plata o cobre.

Los intersticios radiales, generalmente indicados en 52 en las Figuras 1, 2, 3 7 y 8, separan los segmentos 18 de carbón. Cada uno de los intersticios 52 tiene una porción 54 de muesca interior y una porción 56 de ranura exterior. Las porciones 54 de muesca interior están formadas durante el sobremoldeo de carbón. Las porciones 56 de ranura exterior están formadas maquinando la superficie 22 de conmutación. El cubo 24 aislador tiene superficies superior e inferior planas dispuestas adyacentes a los bordes superior e inferior de la pared lateral circunferencial. La pared lateral del cubo circunferencial está dispuesta perpendicular a la superficie superior e inferior del cubo 24. Como mejor se muestra en la Figura 2, la abertura 26 del eje de la armadura incluye secciones 58 superior y 60 inferior frustocónicas que se ahusan hacia adentro de los diámetros más grande superior y más bajos exterior a un diámetro interior, más pequeño. Una porción 62 interior de la abertura 26 del eje de la armadura tiene un diámetro constante, es decir, el diámetro interior más pequeño, a lo largo de su longitud axial. Una construcción de ensamble de conmutador de segmento de carbón alternativo se indica generalmente en 12a en la Figura 2A. Los números de referencia con el sufijo "a" en la Figura 2A indican configuraciones alternativas que también aparecen en la modalidad de la Figura 2. 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 aplique igualmente a elementos designados por números que tiene el sufijo "a" en la Figura 2. Como se muestra en la Figura 2A, cada segmento 18a de carbón encierra una de las secciones 14a conductoras. Este arreglo maximiza la resistencia y el área de contacto eléctrico entre cada segmento 18a de carbón y su sección 14a conductora correspondiente . Las porciones 54 de muesca interior de los intersticios 52 son llenados con el material aislador del cubo 24. El material aislador de cubo también está dispuesto alrededor de la circunf rencia de la matriz de segmento 18 de carbón y encierra la plataforma de detección 50 exterior de cada segmento 18 de carbón. El material aislador de cubo que forma la abertura 26 del eje de la armadura también encierra la plataforma de detección 48 interior de cada segmento 18 de carbón. Como se muestra mejor en la Figura 3, el cubo 24 aislador incluye una parte aplanada 64 circunferencial que se extiende completamente alrededor de una pared lateral circunferencial del cubo 24 aislador. La parte 24 aplanada tiene una amplitud axial que se extiende desde las lengüetas 42 de sección conductora sobresaliente hasta las ranuras 56 exteriores no rellenadas de los intersticios 52. Como se muestra en la Figura 9, la parte aplanada 64 circunferencial proporciona una superficie de sellado circunferencial para concordar con una superficie 65 correspondiente de un molde 67 tipo almeja. El molde 67 tipo almeja se utiliza en un proceso de sobremoldeo de aislamiento final que se explica en detalle a continuación. El material aislador de cubo comprende un fenólico de fibra de vidrio esparcido disponible de Rogers Corporation of Manchester Connecticut bajo la designación de marca "Rogers 660". Otros materiales que pueden ser adecuados para el uso en lugar de Rogers 660 incluyen termoplásticos de alta calidad industrial, por ejemplo termoplásticos que exhiben una alto grado de estabilidad cuando se someten a grados de temperatura . En otras modalidades, las matrices anulares de secciones 14 conductoras y los segmentos 18 de carbón pueden incluir ya sea más o menos de ocho secciones, respectivamente. También, el material portador de la composición de carbón puede comprender una resina fenólica con hasta_ 80% de carga de grafito de carbón, una resina termoestable o una resina termoplástica diferente de PPS, tal como un polímero de cristal líquido (LCP) . Tanto las resinas PPS como tipo fenol soportan la exposición a plazo largo a combustibles y alcoholes. Otras modalidades también pueden emplear un ensamble 12 de conmutador del tipo cilindrico o "barril" en lugar del conmutador tipo frontal mostrados en las Figuras. En otras modalidades, las salientes 30 de sección conductora pueden tener cualquiera o más de un gran número de configuraciones posibles designadas para incrementar carbón a la superficie de contacto de cobre. Por ejemplo, en lugar de comprender porciones de doblez sencillo de las secciones conductoras como se muestra en 14 en las Figuras 4 y 5, las salientes en su lugar pueden comprender elementos separados, rizados en su lugar bajo un linguete 66 sobre doblado que se extiende desde las secciones 14 ' conductoras co o se muestra en la Figura 10. Como se muestra también en la Figura 10, los elementos 30 'separados pueden tomar la forma de una pluralidad de tiras metálicas alargadas estrechas. En la Figura 10, un atado tipo escobilla de alambre de tiras metálicas se muestra rizado a una sección 14 'conductora doblando un linguete 66 metálico lejos de la sección 1 'conductora y rizando el linguete 66 sobre los alambres. Como se muestra en la Figura 11, otras modalidades pueden incluir lengüetas 42'' formadas con terminaciones 68 que incluye cada una un par de ranuras para recibir alambres eléctricamente aislados, es decir terminaciones tipo "desplazamiento-aislamiento". Cuando un alambre aislado es forzado lateralmente en una de estas ranuras, los bordes de metal definen los lados de la ranura en corte a través y fuerzan a parte al aislamiento de alambre para exponer y hacer el contacto eléctrico con el alambre. En modalidades que utilizan terminaciones 68 de lengüeta tipo desplazamiento-aislamiento, los alambres se extienden desde los devanados 69 de la armadura que pueden forzarse en~ las terminales 42'' respectivas ya sea antes o después del proceso de devanado de la armadura. Esto puede eliminar la necesidad de soldar o termogolpear los alambres a las terminaciones 68 de lengüeta. Como con el ensamble 12 de conmutador tipo frontal de las Figuras 1-10, el ensamble 12c de conmutador de segmento de carbón sobremoldeado tipo barril mostrado en las Figuras 21-23 incluye una matriz anular de doce secciones 14c conductoras de cobre circunferencialmente separadas acomodadas alrededor de un eje rotacional y una matriz anular de doce segmentos 18c de carbón circunferencialmente separados. Sin embargo, a diferencia del ensamble 12 de conmutador tipo cara, la matriz anular de segmentos 18c de carbón del ensamble 12c de conmutador tipo barril define una superficie 22c circunferencial exterior de compuesto segmentado o de conmutación cilindrica en lugar de una superficie de conmutación circular plana. Cada segmento 18c de carbón está sobremoldeado sobre las superficies 32c, 33 superior e inferior de una correspondiente de las secciones 14c conductoras que forman una matriz anular de sectores 168 de conmutador como se muestra en las Figuras 22-26. Cada sección 14c conductora está embebida en uno de los segmentos 18c de carbón e incluye una lengüeta 42c conductora que se extiende radialmente hacia afuera de aquel segmento de carbón. Como mejor se muestra en las Figuras 22 y 23, cada lengüeta 42c conductora está doblada noventa grados axialmente hacia abajo en el punto donde sobresale de su segmento 18c de carbón respectivo y después se dobla diagonalmente hacia arriba y hacia afuera. Como se muestra en la Figura 26, la matriz anular de los sectores 168 de conmutador incluye una superficie 170 extrema superior axial, una superficie 172 extrema de base axial y una superficie 76c circunferencial interior. Un cubo 24c aislador sobremoldeado está dispuesto sobre las superficies de extremo superior axial 170, de extremo de base 172 y la superficie 76c de la matriz anular de los sectores 168 de conmutador para interbloquear mecánicamente los sectores 168 de conmutador. Como mejor se muestra en las Figuras 23 y 28, el cubo 24c aislador es generalmente en forma de carrete e incluye una porción 164 en forma de disco anular superior, una porción 176 en forma de disco anular inferior y una porción 178 de eje que conecta las dos porciones 174, 176 en forma de disco y ocupa un espacio cilindrico definido por la superficie 76c circunferencial interior de los sectores 168 de conmutador. Una abertura 26c del eje de armadura axial central pasa a través de la porción 178 de eje del cubo 24c aislador y está dispuesta concéntricamente dentro de la superficie 76c circunferencial interior de los sectores 168 de conmutador. Como se muestra en las Figuras 23, 25, 26 y 28, una muesca 180 de retención coaxial generalmente circular está dispuesta en la superficie 170 extrema superior de la matriz anular de los sectores 168 de conmutador opuestos a la superficie 172 extrema de base. Una saliente en forma de anillo se extiende axial y concéntricamente hacia abajo de la porción 174 en forma de disco superior del cubo aislador y ocupa la muesca 180 de retención. En la práctica, los ensambles 12, 12c, de conmutador de carbón tipo barril y tipo frontal descritos anteriormente, son cada uno construidos primero formando la matriz anular de las secciones 14, 14c conductoras. Esto se hace estampando la matriz anular a partir de una plantilla 70, 70c de cobre sencilla como se muestra en las Figuras 4, 5 para el uso en el ensamble 12 de conmutador tipo frontal y las Figuras 24, 25 y 27 para el uso en el ensamble 12c del conmutador tipo barril. En cada caso, el proceso de estampado deja a cada sección 14, 14c conductora conectada por una tira 72, 72c de metal que se extiende radialmente delgada a una periferia 74, 74c exterior no estampada de la plantilla 70, 70c de cobre. Las tiras 72, 72c de cobre delgadas permiten que la periferia 74, 74c exterior actúe como un anillo de s'oporte que mantiene a las secciones 14, 14c conductoras, seguido del estampado, para las etapas subsecuentes en el proceso de construcción del conmutador. El sobremolde 20, 20c de carbón formado entonces, como se muestra en las Figuras 6 y 8 para el ensamble 12 de conmutador tipo frontal y en las Figuras 25, 26 y 28 para el ensamble 12c de conmutador tipo barril, moldeando la composición de carbón sobre una superficie 32, 32c superior en tal forma como para cubrir completamente e interbloquear mecánicamente las secciones ' 14, 14c conductoras. En la construcción del ensamble 12c de conmutador tipo barril, la composición de carbón también es moldeada a una superficie 33 debajo de la matriz 14c de sección conductora. Esto efectivamente embebe las secciones 14c conductoras en el sobremolde 20c de carbón. En el proceso de sobremoldeo de carbón, la composición de carbón fluye en cada abertura 34, 34c de sección conductora y sobre cada borde periférico de cada sección conductora. Sin embargo, en la construcción del ensamble de conmutador tipo frontal y como se muestra mejor en las Figuras 4, 6 y 8, una aleta 40 de vértice de cada sección 14 conductora se deja exponer por el sobremolde 20 de carbón. Las aletas 40 de vértice se extienden radialmente hacia adentro de la abertura 26 de armadura.

En la construcción del ensamble 12 de conmutador tipo cara, la composición de carbón también desarrolla las salientes 30 conductoras invertidas integrales. Esto permite a las salientes 30 extenderse a través del espesor de un forro de superficie aislante que característicamente se forma sobre las superficies exteriores de un sobremolde 20 de carbón a medida que la composición de carbón se cura. Extendiéndose a través del forro aislante, lasa salientes 30 sirven para reducir la resistencia eléctrica del contacto incrementando la cantidad de superficie de área de contacto entre el carbón y el cobre. .En el proceso de sobremoldeo de carbón, para los ensambles 12, 12c de conmutador tipo barril y tipo cara, las porciones 54, 54c de muesca radial de los intersticios 52, 52c son moldeados en una superficie 76, 76c interior del sobremolde 20, 20c de carbón opuesto a la superficie 22, 22c de conmutación y entre las secciones 14, 14c conductoras. En el caso del ensamble 12 de conmutador tipo cara, la superficie 76 interior es la superficie de base plana del sobremolde 20 de carbón que yace axialmente opuesta a la superficie 22 de conmutación plana. En el caso del ensamble 12c de conmutador tipo barril, la superficie 76c interior es la superficie circunferencial interior que yace radialmente opuesta a al superficie 22c de conmutación circunferencial exterior. En cada caso, las muescas 54, 54c pueden formarse alternativamente por otro medio bien conocido como maquinado. Como se muestra en las Figuras 1-3 y 27 y 28, el cubo 24, 24c entonces es formado por una segunda operación de sobremoldeo que cubre el sobremolde 20, 20c de carbón y la matriz de sección 14, 14c conductora con el material aislador de cubo. Durante este proceso de sobremoldeo de cubo, el material aislador de cubo rodea una porción del sobremolde 20, 20c de carbón y las secciones 14, 14c conductoras. El material aislador de cubo llena también completamente las muescas 54, 54c radiales que se formaron en la superficie 76, 76c del sobremolde 20, 20c de carbón en el proceso de sobremoldeo de carbón, es decir las porciones 54, 54c de muesca interior de los intersticios 52 y 52c. Solamente la porción de superficie 22, 22c de conmutación del sobremolde 20, 20c de carbón se deja exponer después que se completa la operación de sobremoldeo de cubo. En el caso del ensamble 12 de conmutador tipo cara, a mediada que el cubo 24 aislador está siendo moldeado, el material aislador que es formado alrededor de la circunferencia de la matriz de segmento 18 de carbón también fluye sobre la plataforma 50 de detención exterior de cada segmento de carbón como se muestra mejor en la Figura 2. El material aislador que está formado alrededor de la abertura 26 del eje de armadura fluye sobre la plataforma 48 de detención interior de cada segmento 18 de carbón. Después de que el material aislador de cubo sea endurecido sobre las plataformas de detención 50 exterior y 48 interior de cada segmento 18 de carbón y después de que el aislador se ha endurecido bajo los segmentos 18 de carbón y las secciones 14 conductoras, el material aislador de cubo endurecido sirve mecánicamente para retener los segmentos 18 de carbón en relación entre si. Además, el material aislador de cubo endurecido retiene después a los segmentos 18 de carbón en sus secciones 14 conductoras respectivas. En el caso del ensamble 12c de conmutador tipo barril, a medida que el cubo 24c aislador está siendo sobremoldeado, el material aislador que es formado sobre la superficie axial superior del sobremolde 20c de carbón también fluye en la muesca de retención circular como se muestra mejor en la Figura 28. Después de que el material aislador de cubo se ha endurecido en la muesca de retención y después de que el aislador ha endurecido, el material aislador de cubo endurecido sirve para retener mecánicamente los segmentos 18, 18c de carbón en relación entre si en su matriz anular. En la construcción de los ensambles 12, 12c de conmutador tipo barril y tipo frontal se ha sobremoldeado sobre el sobremolde 20, 20c de carbón y la matriz de sección conductora, una porción de la periferia 74, 74c exterior de la plantilla 70 de cobre no estampada recortada lejos del cubo 24, 24c aislador sobremoldeado. Una vez que se ha hecho el corte a la periferia 74, 74c, cada tira 72, 72c conductora se dobla para formar una lengüeta 42, 42c corta de cada tira 72, 72c de conexión que se deja sobre salir radialmente hacia fuera de una superficie circunferencial exterior del cubo 24, 24c. Las lengüetas 42, 42c son colocadas de este modo y configuradas para el uso en la conexión de cada sección 14, 14c conductora a un alambre de armadura que se extiende desde el devanado de la armadura. Como mejor se muestra en las Figuras 1-3 y 21 y 23, la matriz anular de segmento 18, 18c de carbón eléctricamente aislados entonces se forma maquinando la ranura 56, 56c radiales poco profundas hacia dentro de la superficie 22, 22c de conmutación expuesta del sobremolde 20, 20c de carbón a las muescas 54, 54c radiales subyacentes. Las ranuras 56, 56c pueden formarse por técnicas de maquinado de contacto o no contacto que incluyen pero no se limitan a aquellas que utilizan sierras de dientes dentados. Debido a que las ranuras 56, 56c radiales son subyacentes en directo, por ejemplo axial o radial, la alineación con las muescas 54, 54c radiales, las ranuras 56, 56c radiales pueden ser cortadas completamente a través del sobremolde 20, 20c de carbón y ligeramente en el material aislador que ocupa las muescas 54, 54c radiales. Esto asegura que el sobremolde 20, 20c de carbón sea cortado a través de los segmentos 18, 18c de carbón sean separados completamente y aislados eléctricamente entre si. Las muescas 54, 54c radiales de relleno aislador y las ranuras 56, 56c radiales se encuentran por lo tanto dentro del conmutador y forman los intersticios 52, 52c entre los segmentos 18, 18c de carbón descritos en lo anterior. En el caso del ensamble 12 de conmutador tipo cara, la porción 54 de muesca radial de relleno aislador de cada intersticio 52 constituye aproximadamente la profundidad axial de cada intersticio 52. En el caso del ensamble 12c de conmutador tipo barril, la porción 54c de muesca radial de relleno aislador de cada intersticio 52c constituye aproximadamente dos tercios de la profundidad radial de cada intersticio 52. En consecuencia, en cada caso, para cortar la porción restante de cada intersticio 52 requiere sólo una ranura 56, 56c relativamente poco profunda. Como se muestra representativamente en la Figura 9, para el ensamble 12 de conmutador tipo cara, el ensamble 12 de conmutador completo ese ensamblado a un ensamble 80 de armadura. El molde 67 de almeja entonces se coloca sobre el ensamble de conmutador/armadura recientemente ensamblado, generalmente indicado en la Figura 9. Mientras se coloca el molde 67 de almeja sobre el ensamble 81 de conmutador/armadura, la superficie 65 de sellado del molde 67 de almeja se hace sellar alrededor de la parte aplanada 64 circunferencial. El material aislador entonces se inyecta en el molde 67 de almeja. Una vez que el material aislador sea curado, el molde 67 de almeja se elimina. Esta etapa de sobremoldeo final pretende proteger los devanados 69 de la armadura de cobre y otros elementos propensos a la corrosión de la reacción química con fluidos ambientales tales como gasolina . Un proceso de fabricación de conmutador logrado de acuerdo con la presente invención no involucra maquinar el cobre y, por lo tanto, no produce residuos de cobre y escoria que puedan alojar entre los segmentos 18, 18c de carbón. Además, el cobre no se deja exponer para reaccionar con los fluidos ambientales tales como gasolina. Debido a que un ensamble 12 de conmutador construido de acuerdo con la invención requiere solamente ranuras 56, 56c poco profundas en su superficie 22, 22c de conmutación para aislar eléctricamente sus segmentos 18, 18c de carbón, el ensamble 12, 12c de conmutador completo es más fuerte y mejor para resistir el resquebrajamiento. En el caso del ensamble 12 de conmutador tipo cara, como una alternativa para un ensamble de conmutador más fuerte, el cubo 24 del ensamble 12 de conmutador puede diseñarse para hacer axialmente más corto, permitiendo al ensamble de conmutador/armadura ser diseñado axialmente más corto o para portar más devanados 69 de armadura.

Otra ventaja de la ranura 56 poco profundas del ensamble de conmutador tipo frontal es que aceptan la parte aplanada 64 circunferencial entre las lengüetas 52 y las ranuras 56. Proporcionando una superficie de sellado conveniente para un molde de almeja, la parte aplanada 64 circunferencial elimina la necesidad de una operación más complicada que involucre la enmascaración de las ranuras 56 para evitar el derrame del material de sobremoldeo dentro y a través de la ranuras 56. Una primera modalidad de una construcción de ensamble de conmutador de segmento de carbón de tipo barril (en vez de sobremoldeado de carbón) soldado para un motor eléctrico generalmente se indica en 100 en las Figuras 12-14. Una segunda modalidad del ensamble de conmutador tipo barril soldado generalmente se indica en 100' en la Figura 20. Los números de referencia con la designación prima ( ' ) en la Figura 20 indican configuraciones alternativas de elementos que también aparecen en la primera modalidad. A menos que se indique lo contrario, donde una porción de la siguiente descripción utiliza un número de referencia para referirse a las Figuras, se pretende que la descripción aplique igualmente a los elementos designados por los números en la Figura 20. La primera modalidad del ensamble 100 de conmutador de segmento-carbón tipo barril comprende una matriz anular generalmente circular de doce secciones de sustrato de cobre circunferencialmente separadas, generalmente indicadas en 102 en las Figuras 12-1 . Las secciones 112 de sustrato están acomodadas alrededor de un eje rotacional mostrado en 104 en las Figuras 13 y 14. Una matriz anular cilindrica de doce segmentos de carbón circunferencialmenté separados, mostrados en 106 en las Figuras 12 y 13, está formada de una composición de carbón conductivo. Cada uno de los doce segmentos 106 de carbón está conectado a una correspondiente de las doce secciones 102 de sustrato metálicas para formar doce sectores 102, 106 de conmutador. Una matriz circular de 12 intersticios radiales, mostrada en 108 en las Figuras 12 y 14, físicamente separa y eléctricamente aisla los sectores 102, 106 del conmutador compuesto entre si. Una superficie cilindrica exterior compuesta de la matriz de segmento anular define una superficie de conmutación cilindrica segmentada, mostrada en 110 en la Figura 12, para ser contacto físico y eléctrico con una escobilla (no mostrada) . Un cubo aislador, generalmente indicado en 112 en las Figuras 12-14, está dispuesto dentro de la matriz de segmento de carbón anular y mecánicamente interbloquea los segmento 106 de carbón. Como mejor se muestra en las Figuras 13 y 14, los segmentos 106 de carbón están aislados eléctricamente entre si por los cortes 108 radiales y están interconectados mecánicamente por el cubo 112 aislador.

Como se muestra en la Figura 15, las capas 114, 116 de cobre y níquel están laminadas sobre un interior, es decir la superficie 118 de extremo de base de cada segmento 106 de carbón con la capa 114 de cobre siendo laminada sobre la capa 116 de níquel. Las secciones 102 de sustrato de cobre soldadas a las superficies 118 de extremo de base laminada respectiva de los segmentos 106 de carbón para proporcionar conexiones mecánicas y eléctricas fuertes entre los segmentos 106 de carbón y sus secciones 102 de sustrato respectivas. Como mejor se muestra en la Figura 14, cada sección 102 de sustrato de cobre tiene un cuerpo 120 principal generalmente trapezoidal, ahusado, plano con un borde 122 arqueado. Como se muestra en las Figuras 12-14, una terminal 124 en forma de U se extiende radial e integralmente hacia fuera del borde 122 exterior arqueado de cada cuerpo 120 principal. Una lengüeta, como se muestra mejor en 126 en la Figura 13, se extiende diagonalmente hacia abajo y hacia fuera del cuerpo 120 principal de cada sección 112 de sustrato de cobre. Cada lengüeta 126 está embebida en el cubo 112 para incrementar la resistencia del bloqueo mecánico entre las secciones 102 de sustrato y el cubo 112. Como se explica con mayor detalle a continuación, las secciones 102 de sustrato están cortadas desde un sustrato 128 anular de cobre generalmente circular sencillo que ha sido estampado y formado a partir de una lamina de cobre. Cada terminal 124 en forma de U está configurada para facilitar la unión de los alambres de la bobina (no mostrada) , soldando, la aplicación del adhesivo eléctricamente conductor y/o físicamente enrollar los alambres de la bobina alrededor de las terminales 124. La composición de los segmentos 106 de carbón incluye uno o más materiales seleccionados del grupo que consiste de electrografito isostático, grafito de carbón, y grafito extruido de grano fino. El electrografito isostático tiene las mejores propiedades aunque también es el más cara. El grafito de ca.rbón es el menos costoso de los tres. Cada segmento 106 de carbón tiene una configuración en corte transversal horizontal que generalmente es trapezoidal y generalmente concuerda la configuración de cada porción 120 de cuerpo principal de las secciones 102 de sustrato de cobre. Los segmentos 106 de carbón tiene cada uno una muesca de retención, mostrada en 130 en la Figura 13, formada en un extremo 132 superior de cada segmento 106 de carbón opuesto a la superficie 118 de extremo de base. Las capas 114, 116 de cobre y níquel completa y uniformemente cubre la superficie 118 de extremo de base de cada segmento 106 de carbón. Como se describe con mayor detalle a continuación, un método de electrodeposición selectivo se utiliza para laminar las capas 114, 116 de cobre y níquel, sobre la superficie 118 de extremo de base de los segmentos 106 de carbón. Este método deposita iones de níquel bastos dentro de poros (no mostrados) en la superficies 114 de extremo de base de los segmentos 106 de carbón. Los poros e'n las superficies 114 de extremo de base son características de las composiciones de carbón utilizadas para formar los segmentos 106 de carbón. Una capa de soldadura, mostrada en 132 en la Figura 15, que une y está dispuesta entre las secciones 102 del sustrato de cobre y los segmentos 106 de carbón contiene flujo. El flujo es mezclado dentro de la pasta de soldadura utilizado en el proceso de soldadura para asegurar uniformemente la distribución de flujo y el contacto eléctrico y mecánico mejorado entre los segmentos 106 de carbón y las secciones 102 de sustrato de cobre. . El cubo 112 comprende un compuesto fenólico tal como Rogers 660 y se sobremoldea en una configuración unitaria que incluye una porción de eje anular mostrada en 164 en las Figuras 12-14. La porción 134 de eje anular se extiende entre una porción de cubierta anular mostrada en 136 en las Figura 12 y 13 y una porción de base anular mostrada en 138 en las Figuras 12-14. El eje 134 la cubierta 136 y la base 138 están alineados coaxialmente y tiene una superficie circunferencial interior común que forma un tubo 140 de diámetro constante y mencionado para fijarse sobre un eje de armadura (no mostrado) en un motor eléctrico.

La porción 136 de cubierta del cubo 112 se extiende radialmente hacia fuera de la porción 134 de eje en una configuración anular que cubre la mayor parte de los extremos 132 superiores de los segmentos 106 de carbón. La porción 136 de cubierta del cubo 112 también ocupa las muescas 130 de retención de segmento de carbón, bloqueando mecánicamente los segmentos 106 de carbón en conjunto. Similar a la porción 106 de cubierta del cubo 112, la base 138 de cubo se extiende radialmente hacia fuera de la porción 134 de eje en una configuración anular que encierra todo, excepto las porciones 124 de contacto en forma de U de las secciones 102 de sustrato de cobre. Una construcción de ensamble de conmutador de segmento de carbón de tipo frontal soldado para un motor eléctrico generalmente se indica en 200 en las Figuras 29 y 30. El ensamble 200 de conmutador tipo frontal comprende una matriz anular generalmente circular de ocho secciones de sustrato de cobre sustancialmente separadas, generalmente indicadas en 202 en las Figuras 29 y 30. Las secciones 202 de sustrato están acomodadas alrededor de un eje rotacional mostrado en 204 en las Figuras 20 y 30. Una matriz anular cilindrica de ocho segmentos de carbón circunferencialmente separados, mostradas en 206 en las Figuras 29 y 30, está formada de una composición de carbón conductivo adecuada tal como aquellas descritas en lo anterior con referencia al ensamble 100 de conmutador de carbón tipo barril. Cada uno de los ocho segmentos de 206 de carbón está conectado a una correspondientes de las ocho secciones 202 de sustrato metálicas para formar ocho sectores 202, 206 de conmutador. Una matriz circular de ocho intersticios radiales, mostrada en 208 en las Figuras 29 y 30, separa físicamente y aisla eléctricamente los sectores 202, 206 de conmutador compuesto entre si. Una superficie circular compuesta formada por la matriz de segmento de carbón anular define una superficie de conmutación cilindrica segmentada, mostrada en 210 en las Figuras 29 y 30, para hacer contacto físico y eléctrico con una escobilla (no mostrada) . Un cubo aislador, generalmente indicado en 212 en las Figuras 29 y 30, está dispuesto debajo de la matriz de segmento de carbón anular e interbloquea mecánicamente los segmentos 206 de carbón. Los segmentos 206 de carbón están eléctricamente aislados por los cortes 208 radiales y están interconectados mecánicamente por el cubo 212 aislador. Como se muestra en la Figura 15, las capas 214, 216 de cobre y níquel están laminadas sobre un interior, es decir, la superficie 218 de extremo de base de cada segmento 206 de carbón con la capa 214 de cobre siendo laminada sobre la capa 216 de níquel las secciones 202 de sustrato de cobre están soldadas a las superficies 218 de extremo de base laminadas respectivas de los segmentos 206 de carbón para proporcionar conexiones mecánicas y eléctricas fuertes entre los segmentos 206 de carbón y sus secciones • 202 de sustrato respectivas . Cada sección 202 de sustrato de cobre está configurada similar a las secciones 102 de sustrato del ensamble 100 de conmutador tipo barril mostrado en la Figura 14 y descrito en lo anterior. Cada sección 202 de sustrato incluye una porción 220 de cuerpo principal, una terminal 224 y una lengüeta 226. Cada segmento 206 de carbón tiene una configuración en corte transversal horizontal que generalmente es trapezoidal y generalmente concuerda con la configuración de cada porción 220 de cuerpo principal de las secciones 202 de sustrato de cobre. Las capas 214, 216 de cobre y níquel completa y uniformemente cubren la superficie 218 de extremo de base de cada segmento 206 de carbón. Como se menciono en lo anterior con respecto al conmutador 100 tipo barril y como se describe con mayor detalle a continuación, un método de electrodeposición selectivo se utiliza para laminar las placas 214, 216 de cobre y níquel sobre las superficies 18 de extremo de base de los segmentos 106 de carbón. Una capa de soldadura que contiene flujo, mostrada en 232 en la Figura 15, une y está dispuesta entre las secciones 102 del sustrato de cobre y los segmentos 106 de carbón. El flujo es mezclado dentro de la pasta de soldadura utilizado en el proceso de soldadura para asegurar uniformemente la distribución de flujo y el contacto eléctrico y mecánico mejorado entre los segmentos 106 de carbón y las secciones 102 de sustrato de cobre. Como con el conmutador 100 tipo barril, el cubo 212 del ensamble 200 de conmutador tipo frontal comprende un compuesto fenólico tal como Rogers 660 y está moldeado en una configuración unitaria que incluye una porción de eje anular mostrada en 234 en la Figura 30. La porción 234 de eje anular se extiende integral y axialmente hacia abajo en una porción de base anular mostrada en 238 en la Figura 30. El eje 234 y la base 238 están alineados coaxialmente y tiene una superficie circunferencial interior común que forma un tubo 240 de diámetro constante y mencionado para fijarse sobre un eje de armadura (no mostrado) en un motor eléctrico. La base 238 de cubo se extiende radialmente hacia fuera de la porción 234 de eje en una configuración anular que encierra todo, excepto las porciones 124 de contacto en forma de U de las secciones 102 de sustrato de cobre. En la práctica, un ensamble 100, 200 de conmutador de carbón tipo frontal o tipo barril soldado puede construirse de acuerdo con la invención estampando primero el sustrato 128, 228 descrito anteriormente de una lamina de cobre como se muestra en las Figuras 16, 17 para un ensamble 100 de conmutador de barril. Un cilindro 142, 242 de carbón después es maquinado o moldeado a partir de una composición conductiva como se muestra en la Figura 18 para un ensamble 100 de conmutador de barril. En la construcción de un ensamble 100 de conmutador de barril, una muesca 144 de retención circular es moldeada o maquinada en un extremo 146 exterior o superior del cilindro 142 de carbón. La muesca es concéntrica con los diámetros interior y exterior del cilindro 142 y está dispuesto aproximadamente a la mitad entre los mismos. En la construcción de un ensamble 100, 200 de conmutador tipo frontal o barril, un interior, es decir un extremo 148, 248 de base del cilindro 142, 242 es metalizado electrodepositando una capa de níquel, mostrada en 114, 214 en la Figura 15, y una capa de cobre, mostrada en 116, 216 en la Figura 15, a la superficie 148, 248 de extremo de base del cilindro 142, 242 de carbón. ' El sustrato 128, 228 metálico entonces se suelda al extremo 148, 248 de base metalizado del cilindro 142, 242 de carbón. En la construcción del conmutador 100 de barril, el cubo 112 entonces es formado dentro del cilindro 142 de carbón. En la construcción del conmutador 200 de cara, el cubo 212 puede formarse a una superficie debajo del sustrato 228 metálico antes o después de soldar el sustrato 228 a la superficie 248 de extremo de base metalizada del cilindro 242 de carbón. Para el ensamble 100 de conmutador de barril, los intersticios 108 entonces son maquinados radialmente hacia adentro a través del cilindro 142 de carbón del sustrato 128 metálico para formar los sectores 102, 106 de conmutador de carbón/metal eléctricamente aislados. El cubo 112 sobremoldeado mantiene físicamente a los sectores 102, 116 de conmutador juntos después de que se forman los intersticios 108. Para el ensamble 200 de conmutador de cara, los intersticios 208 son maquinados axialmente hacia adentro a través del cilindro 242 de carbón y el sustrato 228 metálico para formar los sectores 202, 206 de conmutador/metal eléctricamente aislados. El cubo 212 físicamente mantiene a los sectores 202, 206 de conmutador juntos después de que se forman a los intersticios 208. .Para los ensambles 100, 200 de conmutador frontal y barril, un proceso de impresión cliché se utiliza para aplicar soldadura, mostrado en 132, 232 en la Figura 15, a la superficie 148, 248 de extremo de base del cilindro 142, 242 de carbón. De Acuerdo con este proceso, el cilindro 142, 242 es colocado en un aditamento de matriz de una máquina de impresión de cliché (no mostrada) . La máquina de impresión de cliché entonces es circulada para colocar un cliché (no mostrado) sobre la superficie 148, 248 de extremo de base del cilindro 142, 242 de carbón. El cliché enmascara un orifico central definido por la configuración anular de la superficie 148, 248 de extremo de base. La máquina entonces elimina el cliché y el exceso de pasta de soldadura del cilindro 142, 242 de carbón. La máquina de impresión de cliché utilizada en este proceso es una De Hocurt Model EL-20. Después de que la máquina de impresión de cliché aplica la pasta de soldadura, el sustrato 128, 228 es alineado concéntricamente con la superficie 148, 248 de extremo de base del cilindro 142, 242 de carbón y es colocado con exactitud contra la superficie 148, 248 de extremo de base de cubierta por la soldadura del cilindro 142 de carbón.

El ensamble 100 entonces es colocado en un horno de reflujo (no mostrado) para asegurar que la soldadura 132, 232 tenga unida apropiadamente el cilindro y las superficies 142, 242, 128, 228 de sustrato. Cono se menciono en los anterior, las capas 114, 214, 116,, 216 de cobre y níquel se aplican por electrólisis. Más específicamente, un proceso de laminación selectiva tipo escobilla se utiliza para electrodepositar el níquel y el cobre sobre la superficie 118, 218 de extremo de base de cilindro de carbón. La laminación selectiva tipo escobilla incluye el uso de un dispersor de solución de ion electrolítico en la forma de una vara portátil con un aplicador de escobilla absorbente en un extremo. Un ánodo generalmente compuesto de metal que se electrodeposita se retiene selectivamente dentro de una cavidad formada en la vara. El cilindro 142, 242 de carbón es cargado como un cátodo. Este proceso resulta en una densidad de corriente electrolítica muy alta que "arroja" los iones de metal intenso dentro de los poros del cátodo 142, 242 de cilindro de carbón cuando el aplicador es saturado con solución de ion y es extraída a través de la superficie 148, 248 de extremo de base del cilindro 142, 242. Esto resulta en un contacto mecánico y excelente. Un proceso de laminación selectivo tipo escobilla adecuado se describe en detalle en la Patente Norteamericana Número 5,409,593. Esta patente está asignada a Sifco Industries, Ing, y se incorpora en la presente para referencia . Un proceso alternativo para metalizar la superficie 148. 248 de extremo de base del cilindro 142, 242 de carbón, incluye formar la zona de reacción química a base de estaño delgado en el interior o superficie 148, 248 de extremo de base del cilindro 142, 242 de carbón, primero proporcionando una mezcla de polvo metálico de estaño con metales de transición particular (típicamente Cr) agregada ha aproximadamente en forma típica 5% en peso en un vehículo orgánico apropiado o enlaces para formar una pasta de metalización que es pintada o estampada con estarcido sobre la superficie 148, 248 de extremo de base. La pasta entonces se seca y calienta hasta 800-900°C durante casi 10-15 minutos. El gas de monóxido de carbono (CO) . Es incluido en la atmósfera de calentamiento para facilitar una reacción de adhesión/humedecimiento . Calentar la pasta en una atmósfera de nitrógeno genera suficiente CO localmente debido al enlace de desgaste. Esté procedimiento produce un enlace metalúrgico directo de la composición rica en estaño a la superficie 148, 248 de extremo de base que forma la zona de reacción química a base de estaño. La superficie metalizada puede volver a hacerse fluir en forma segura a 232°C (el punto de fusión del estaño) sin deshumedecer la superficie 148, 248 de extremo de base. A través de las composiciones de soldaduras de reflujo convencional en la capa de metalización, la superficie 148, 248 de extremo de base puede convertirse en una capa de soldadura (250 de la Figura 31, que se adhiere tenazmente a la superficie 148, 248 de extremo de base. Un proceso de metalización adecuado que incluye las etapas anteriores está disponible de Oryx Technology Corporation bajo el nombre comercial Intragene™. Para formar el cubo 112 para el ensamble 100 de conmutador tipo barril, un proceso de moldeo de inserción se utiliza para moldear compuesto fenólico sobre, bajo y dentro del cilindro 142 de carbón anular y el sustrato 128 metálico. En el proceso, el compuesto fenólico fluye dentro y llena la muesca 144 de retención.

Para los ensambles 100, 200 de conmutador tipo frontal y de barril, las secciones 102, 202 de sustrato de cobre individuales están formadas estampando el sustrato 128, 228 de cobre anular circular a partir de una lamina de cobre. Como se describe en lo anterior, cada una de las secciones 102, 202 de sustrato de cobre incluye una porción de cuerpo principal generalmente trapezoidal mostrado en 120 en la Figura 16 para el ensamble 100 de conmutador de barril. Una terminal 124, 224 se extiende radialmente hacia fuera y una lengüeta 126, 226 se extiende diagonalmente hacia abajo y radialmente hacia afuera de la porción de cuerpo principal de cada sección 102, 202 de sustrato. Las terminales 124, 224 y las lengüetas 126, 226 se muestran mejor en la Figura 13 para ensamble de conmutador tipo barril y la Figura 30 para el ensamble 200 de conmutador tipo cara. Antes de que sean cortadas las porciones 120 de cuerpo princiOpal del sustrato de cobre 128, 228 se separan parcialmente entre si extendiéndose entre si de las ranuras mostradas en 150 en la Figura 16 para el ensamble de conmutador tipo barril. Las ranuras 150 se extienden radialmente hacia fuera de un diámetro 152 exterior del sustrato 128, 228 de cobre anular. Las secciones 102, 202 de sustrato están conectadas por lengüetas conectoras que se extienden circunferencialmente, mostradas en 154 en la Figura 16, para que los extremos exteriores radiales de puente de las ranuras 150 se extiendan hacia fuera. Después de que el sustrato 128, 228 de cobre anular circular es estampado sobre una lamina de cobre, las lengüetas 126, 226 están formadas doblando una punta 156 radialmente interior de cada porción 120, 220 de cuerpo principal hacia abajo y radialmente hacia fuera de su posición original en plano con el resto de la porción 120, 220 de cuerpo principal. Además, cada terminal 124, 224 está formada en su configuración en forma de U recta por inflexión. En la construcción del ensamble 100 de conmutador tipo barril, los intersticios radiales mostrados en 108, en las Figuras 12 y 14 son radialmente maquinados hacia adentro de la superficie 110 circunferencia exterior de cilindro 142 de carbón a través de la porción 134 del cubo 112. A medida que los intersticios 108 radiales son maquinados, las lengüetas 154 conectoras de sección de sustrato que se extienden circunferencialmente son cortadas a través de la ranura 150 radiales que se extienden hacia fuera, separar y aislar eléctricamente las secciones 112 de sustrato metálico. De acuerdo con la segunda modalidad del conmutador tipo barril soldado, una porción 58 de muesca interior de cada intersticio radial es ya sea maquinado o moldeado radialmente hacia fuera en una superficie 160 ' circunferencial interior del cilindro 142 'de carbón. Como se muestra en la Figura 20, la superficie 148 'de extremo de base del cilindro del carbón entonces se electrodeposita y se recubre con una pasta de soldadura en la máquina de impresión cliché. Durante la impresión de cliché, las porciones 158 interior de muesca son enmascaradas por el cliché para que la máquina de impresión de cliché coloque sobre "?a superficie 148' de extremo de base metalizada del cilindro 142' de carbón antes de aplicar la pasta de soldadura. El cliché evita que la soldadura 132 de cargue en las porciones 158 de muesca interior. ~ Una vez que el cilindro 142 'de carbón a sido soldado al sustrato 128', el cubo (no mostrado en la Figura 20) es sobremoldeado. Durante el sobremoldeo, el compuesto fenólico se deja fluir dentro y llenar las porciones 158 de muesca interior. Las porciones de ranuras exteriores de las zonas de los intersticios 108 son entonces maquinados radialmente hacia adentro de una superficie 110 ' circunferencial exterior del cilindro 142 'de carbón a las porciones 158 de muesca interior de relleno aislador. Las porciones de ranura exterior de los intersticios 108 son maquinadas para alinear con y unir las porciones 158 de muesca interior de relleno aislador para completar los intersticios 108 radiales. Por lo tanto, cada intersticio radial tiene una porción 158 de muesca interior llenada con el compuesto fenólico de aislamiento y una porción de ranura exterior no llenada. Otras modalidades del ensamble 100 del conmutador tipo barril pueden incluir un número de polos diferente de doce. De igual manera, otras modalidades del ensamble 200 de conmutador tipo frontal puede incluir un número de polos diferentes de ocho. Además, los metales de conducción diferentes a cobre y níquel pueden utilizarse para electrodepositar el interior, es decir, la superficie 118 de extremo de^ base de los segmentos 106 de carbón. Otras modalidades pueden emplear terminales de desplazamiento de aislamiento similar a la terminal 14'' mostrada en la Figura 11. En otras modalidades, el cubo 112 puede comprender una composición de aislamiento adecuada diferente al compuesto fenólico . Está es una descripción ilustrativa de la invención que utiliza palabras de descripción en vez de limitación. Obviamente, muchas modificaciones y variaciones de esta invención son posibles a la luz de las enseñanzas anteriores. Dentro del alcance de las reivindicaciones, uno puede practicar la invención diferente a como se describe.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un ensamble de conmutador de segmento de carbón para un motor eléctrico, el ensamble de conmutador está caracterizado porque comprende: una matriz anular de por lo menos dos secciones conductoras circunferencialmente separadas acomodadas alrededor de un eje rotacional; una matriz anular de por lo menos dos segmentos de carbón circunferencialmente ' separados formados de una composición de carbón conductivo, cada segmento de carbón sobremoldeado sobre por lo menos una superficie de una correspondiente de las secciones conductoras, la matriz anular define una superficie de conmutación segmentada del conmutador; un cubo aislador sobremoldeado dispuesto alrededor y entre los segmentos de carbón, el cubo aislador interbloquea mecánicamente los segmentos de carbón e incluye una superficie exterior; cada sección conductora tiene por lo menos una saliente conductora por lo menos parcialmente embebida en uno correspondiente de los segmentos de carbón sobremoldeados para reducir la resistencia eléctrica incrementando el área de superficie de contacto entre cada sección conductora y su segmento de carbón correspondiente.
2. El ensamble conmutador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la saliente conductora comprende una pluralidad de tiras metálicas alargadas estrechas .
3. El ensamble conmutador _de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las secciones conductoras están hechas de cobre.
4. El ensamble conmutador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el ensamble conmutador es un ensamble conmutador de tipo frontal plano.
5. El ensamble conmutador de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque cada sección conductora incluye una porción de lengüeta que se extiende hacia fuera y en la cual cada sección conductora está embebida entre el cubo aislador y el segmento de carbón sobremoldeado con la porción de lengüeta de cada sección conductora que sobresale hacia afuera de la superficie exterior del cubo aislador.
6. El ensamble conmutador de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque además incluye intersticios radiales que separan los segmentos de carbón, cada intersticio tiene una porción de muesca interior rellena con el material aislador del cubo y una porción de ranura exterior no llenada, y en la cual el cubo aislador incluye una parte aplanada circunferencial dispuesta entre las lengüetas y la porción de ranura exterior no llenada de los intersticios .
7. El ensamble conmutador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los segmentos de carbón comprenden una composición de polvo de carbón y material portador.
8. El ensamble conmutador de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque los segmentos de carbón comprenden partículas de metal embebidas en la composición de polvo de carbón y material portador.
9. El ensamble conmutador de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el material portador se selecciona del grupo que consiste de resina fenólica, resina termoestable y una resina termoplástica.
10. El ensamble conmutador de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque 50-80% del peso de la composición del carbón constituye de grafito.
11. Un ensamble de conmutador de segmento de carbón para un motor eléctrico, el ensamble de conmutador está caracterizado porque comprende : una matriz anular de por lo menos dos secciones conductoras circunferencialmente separadas acomodadas alrededor de un eje rotacional; una matriz anular de por lo menos dos segmentos de carbón circunferencialmente separados formados de una composición de carbón conductivo, cada segmento de carbón sobremoldeado sobre por lo menos una superficie de una correspondiente de las secciones conductoras, la matriz anular define una superficie de conmutación segmentada del conmutador; un cubo aislador sobremoldeado dispuesto alrededor y entre los segmentos de carbón, el cubo aislador interbloquea mecánicamente los segmentos de carbón e incluye una superficie exterior; y las partículas del metal embebidas en la composición del carbón para reducir la resistencia eléctrica entre cada sección conductora y su segmento de carbón correspondiente mejorando la conductividad de la superficie de segmento de carbón.
12. El ensamble conmutador de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la composición de Carbón comprende polvo de carbón y material portador.
13. El ensamble conmutador de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque cada sección conductora tiene por lo menos una saliente conductora, por lo menos parcialmente embebida en uno correspondiente de los segmentos de carbón sobremoldeados .
14. Un ensamble de conmutador de segmento de carbón para un motor eléctrico, el ensamble de conmutador está caracterizado porque comprende: una matriz anular de por lo menos dos secciones conductoras circunferencialmente separadas acomodadas alrededor de un eje rotacional; una matriz anular de por lo menos dos segmentos de carbón circunferencialmente separados formados de una composición de carbón conductivo, cada segmento de carbón sobremoldeado sobre por lo menos una superficie de una correspondiente de las secciones conductoras, que forman una matriz anular de sectores de conmutador, la matriz anular de los sectores de conmutador incluye una superficie de extremo superior axial, una superficie de extremo de base axial y una superficie circunferencial interior, la matriz anular de segmentos de carbón define una superficie de conmutación circunferencial exterior de compuestos segmentado del conmutador; y un cubo aislador sobremoldeado dispuesto en el extremo superior axial, el extremo de base y las superficies circunferenciales interiores de la matriz anular de los sectores de conmutador para interbloquear mecánicamente los sectores de conmutador, de cubo aislador incluye una abertura axial central dispuesta concéntricamente dentro de la superficie circunferencial interior de los sectores de conmutación .
15. El ensamble conmutador de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque: una ranura de tensión circular está dispuesta en la superficie extrema superior de la matriz anular de los sectores de conmutador opuestos a la superficie extrema de base; y una porción del cubo aislador está dispuesta dentro de la muesca de retención.
16. El ensamble conmutador de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque cada sección conductora está embebida parcialmente en uno de los segmentos de carbón e incluye una lengüeta conductora que se extiende radialmente hacia fuera de aquel segmento de carbón.
17. El ensamble conmutador de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque además incluye intersticios radiales que separan los segmentos de carbón, cada intersticio tiene una porción de muesca interior llenada con el material aislador de cubo y una porción de ranura exterior no llenada.
18. El ensamble conmutador de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque los segmentos de carbón comprenden una composición de polvo de carbón y material portador.
19. El ensamble conmutador _ de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque los segmentos de carbón comprenden partículas de metal embebidas en la composición de polvo de carbón y material portador.
20. El ensamble conmutador de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el material portador se selecciona del grupo que consiste de resina fenólica, resina termoestable y una resina termoplástica.
21. El ensamble conmutador de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque 50-80% del peso de la composición del carbón constituye de grafito.
22. Un método para fabricar un ensamble de conmutador de carbón que comprende una matriz anular de por lo menos dos secciones conductoras circunferencialmente separadas "acomodadas alrededor de un eje rotacional, una matriz anular de por lo menos dos segmentos de carbón circunferencialmente separados formados de una composición de carbón conductivo, cada segmento de carbón sobremoldeado sobre por lo menos una superficie de una correspondiente de las secciones conductoras, que forman una matriz anular de sectores de conmutador, la matriz anular de los sectores de conmutador forman una abertura axial central, la matriz anular de segmentos de carbón define una superficie de conmutación compuesta segmentada de conmutador, un cubo aislador sobremoldeado en por lo menos una porción del cual está dispuesto dentro de la abertura axial central, el cubo aislador interbloquea mecánicamente los segmentos de carbón; el método está caracterizado porque comprende las etapas de: proporcionar una matriz anular de secciones conductoras; sobremoldear una composición de carbón de resina unida de conducción eléctrica sobre la matriz de sección conductora anular para proporcionar un sobremolde de carbón sobre el mismo; formar muescas interiores en una superficie interior del sobremolde de carbón opuesto a la superficie de conmutación; sobremoldear el material aislador sobre molde de carbón y la matriz de sección conductora para proporcionar un cubo aislador que ocupe por lo menos parcialmente las muescas interiores e interbloquee mecánicamente los segmentos de carbón; y maquinar las ranuras hacia adentro de la superficie de conmutación del sobremolde de carbón a las muescas interiores para formar la matriz anular de segmentos de carbón eléctricamente aislados mientras que se aisla eléctricamente los segmentos entre si .
23. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque la etapa de formar las muescas interiores es incluida en la etapa de sobremoldear una composición de carbón de resina unida de conducción eléctrica.
24. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque: la etapa de sobremoldear una composición de carbón de resina unida de conducción eléctrica incluye la etapa de formar una muesca de retención en una superficie superior axial del sobremolde de carbón; y la etapa de sobremoldear el material aislador que incluye la etapa de descargar el material aislador sobre la superficie superior y dentro de la muesca de retención.
25. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque la etapa de sobremoldear una composición de carbón de resina unida de conducción eléctrica incluye la etapa de moldear la composición de carbón sobre y bajo la matriz anular de secciones conductoras.
26. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque la etapa de proporcionar una matriz anular de secciones conductoras incluye la etapa de estampar la matriz anular de secciones conductoras a partir de una plantilla de cobre sencilla.
27. El método de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque la etapa de estampar la matriz anular de secciones conductoras incluye la etapa de dejar cada sección conductora conectada por una tira de metal delgada a una periferia exterior no estampada de la plantilla de cobre .
28. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque además incluye la etapa de maquinar las ranuras pocos profundas lo suficiente para dejar una parte aplanada circunferencial dispuesta sobre una superficie circunferencial exterior del cubo entre las tiras de metal delgadas y las ranuras.
29. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque además incluye la etapa adicional de recortar por lo menos una porción de la periferia exterior de la plantilla de cobre no estampada alrededor del cubo aislador siguiendo la etapa de sobremoldear el sobremolde de cartón y la matriz de sección conductora.
30. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque además incluye las etapas de : colocar un molde de almeja sobre el ensamble de conmutador y una armadura conectada; sellar un extremo del molde de almeja alrededor de la parte aplanada circunferencial; 'inyectar material aislador dentro del molde de almeja; dejar que se cure el material aislador inyectado; y remover el molde de almeja.
31. Un ensamble de conmutador de segmento de carbón para un motor eléctrico, el ensamble de conmutador está caracterizado porque comprende : una matriz anular de por lo menos dos secciones de sustrato metálicas circunferencialmente separadas acomodadas alrededor de un eje rotacional; una matriz anular de por lo menos dos segmentos de carbón circunferencialmente separados formados de una composición de carbón conductivo, cada segmento está conectado a uno correspondiente de las secciones de sustrato metálicas para formar un sector de conmutador, una superficie exterior cilindrica compuesta de la matriz de segmentos de carbón anular definen una superficie de conmutación cilindrica segmentada; un cubo aislador dispuesto dentro de la matriz de segmento de carbón anular e interbloquear mecánicamente los segmentos de carbón; y una primer capa metálica laminada sobre una superficie de extremo de base de cada segmento de carbón, las secciones de sustrato metálicas soldadas a las superficies de extremo de base laminadas respectivas de los segmentos de carbón para mejorar las conexiones eléctrica y mecánicas entre los segmentos de carbón y sus respectivas secciones de sustrato.
32. El ensamble conmutador de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado porque una segunda capa metálica está laminada sobre la primera capa metálica.
33. El ensamble conmutador de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado porque la primer capa metálica comprende níquel y la segunda capa metálica comprende cobre.
34. El ensamble conmutador de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado porque los poros pequeños se extienden en la superficie de extremo de base de cada segmento de carbón y el material metálico de la primer capa metálica es depositado dentro de los poros en la superficie de extremo de base de cada segmento de carbón.
35. El ensamble conmutador de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado porque: los segmentos de carbón cada uno tiene una muesca de retención formada adyacente a un extremo superior de cada segmento de carbón respectivo opuesto al extremo de base; y el cubo está formado de la muesca de retención.
36. El ensamble conmutador de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado porque cada sección de sustrato incluye una lengüeta que se extiende integralmente hacia fuera en el cubo, la lengüeta está embebida en el cubo.
37. El ensamble conmutador de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado porque cada segmento de carbón comprende una composición de conductor conductivo.
38. El ensamble conmutador de conformidad con la reivindicación 37, caracterizado porque cada segmento de carbón comprende una composición de materiales que incluye por lo menos un material seleccionado del grupo que consiste de electrografito isostático, grafito de carbón y grafito extruido de grano fino.
39. El ensamble conmutador de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado porque el cubo comprende un compuesto fenólico.
40. El ensamble conmutador de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado porque además incluye una matriz circular de intersticios radiales que separan los sectores de conmutador compuestos, cada intersticio tiene una porción de muesca interior llenada con el material aislador del cubo y una porción de ranura exterior no llenada.
41. Un método para fabricar un ensamble de conmutador de carbón que comprende una matriz anular de secciones de sustrato metálico circunferencialmente separadas acomodadas alrededor de un eje rotacional, una matriz anular cilindrica de segmentos de carbón circunferencialmente ~ separados formados de una composición de carbón conductivo, cada segmento está conectado a una correspondiente de las secciones de sustrato metálicas para formar una matriz anular de sectores de conmutador, una superficie exterior compuesta de la matriz de segmento de carbón anular que define una superficie de conmutación segmentada, un cubo aislador anular que interbloequea mecánicamente los sectores de conmutador, y una primer capa metálica laminada sobre una superficie interior de cada segmento de carbón, las secciones de sustrato metálicas soldadas a las superficies interiores laminadas de los segmentos de carbón, el método está caracterizado porque incluye las etapas de: proporcionar un sustrato metálico; proporcionar un cilindro de carbón anular de una composición de carbón conductivo, el cilindro tiene una superficie interior y una superficie de conmutación exterior; metalizar la superficie interior del cilindro de carbón uniendo una primer capa de material metálico a la superficie interior del cilindro de carbón; soldar el sustrato metálico a la superficie interior metalizada del cilindro de carbón; proporcionar el cubo aislador en una posición que soporte el sustrato metálico y el cilindro de carbón; y proporcionar intersticios radiales a través del cilindro de carbón y sustrato metálico para formar los sectores de conmutador de carbón/metal eléctricamente aislados .
42. El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque la etapa de metalizar la superficie interior incluye la etapa de unir _ una segunda capa de material metálico a la superficie interior del cilindro de carbón . 43 El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque la etapa de metalizar la superficie interior incluye la etapa de electrodepositar una capa de material metálico a la superficie interior del cilindro de carbón . 44. El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque la etapa de metalizar la superficie interior incluye la etapa de utilizar un proceso de electrodeposición selectivo tipo escobilla. - 45 El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque la etapa de metalizar la superficie interior incluye la etapa de proporcionar una capa de metalización a base estaño que incluye una zona de reacción química en la superficie interior del cilindro de carbón: formando una mezcla de polvo metálico de estaño con un metal de transición; formar una pasta de metalización mezclando la mezcla de polvo metálico con un enlace orgánico; aplicar la pasta de metalización sobre la superficie de extremo de base; calentar la pasta a 800-900°C en una atmósfera que incluya monóxido de carbono; y en que la etapa de soldar incluye las etapas de: convertir la capa de metalización en una capa de soldadura volviendo a fluir una composición de soldadura en la capa de metalización. 46 El método de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque la etapa de formar una mezcla de polvo metálico incluye la etapa de proporcionar cromo como el metal de transición. 47. El método de conformidad con la reivindicación 46, caracterizado porque la etapa de formar una mezcla de polvo metálico incluye la etapa de proporcionar suficiente cromo para constituir aproximadamente 5% de la mezcla en peso . 48. El método de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque la etapa de aplicar la pasta de metalización incluye la etapa de estampar por estarcido la pasta sobre la superficie de extremo de base. 49. El método de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque la etapa de calentar la pasta incluye las etapas de: calentar la pasta en una atmósfera de nitrógeno; y generar monóxido de carbono a través de un abrasamiento enlazador. 50. El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque la etapa de soldar el sustrato al cilindro de carbón incluye la etapa de aplicar una pasta de soldadura a la superficie interior, la pasta de soldadura contiene flujo. 51. El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque la etapa de soldar el sustrato de carbón al cilindro de carbón incluye la etapa de utilizar un proceso de impresión cliché para aplicar soldadura a la superficie interior del cilindro de carbón, el proceso de impresión cliché incluye las etapas de: colocar un cliché sobre la superficie interior de cilindro de carbón; proporcionar una capa de soldadura sobre el cliché y- las porciones expuestas de la superficie interior del cilindro de carbón; y remover el cliché del cilindro de carbón. 52. El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque la etapa de soldar el sustrato al cilindro de carbón incluye la etapa de colocar el ensamble en un horno de reflujo. 53. El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque la etapa de proporcionar un cubo incluye la etapa de sobremoldear material aislador sobre el cilindro de carbón y el sustrato metálico en un proceso de moldeo por inserción para formar el cubo. 54. El método de conformidad con la reivindicación 53, caracterizado porque la etapa de sobremoldeo incluye la etapa de fluir material aislador dentro de una muesca de retención proporcionada en el extremo superior axial del cilindro. 55. El método de conformidad con la reivindicación 54, caracterizado porque: el método incluye la etapa adicional de formar una porción de muesca interior de cada intersticio radial, hacia afuera radialmente en el cilindro de carbón de una superficie circunferencial interior del cilindro de carbón antes de la etapa de proporcionar un cubo; la etapa de sobremoldeo incluye la etapa de fluir material aislador dentro de las muescas interiores; y la etapa de proporcionar intersticios radiales incluye la etapa de maquinar porciones de ranuras exteriores de los intersticios radialmente hacia dentro en el cilindro de carbón de una superficie circunferencial exterior de cilindro de carbón a las porciones de muesca interior con relleno aislador. 56. El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque la etapa de proporcionar un sustrato metálico incluye la etapa de estampar un sustrato metálico anular generalmente circular a partir de una lámina de metal. 57. El método de conformidad con la reivindicación 56, caracterizado porque la etapa de estampar incluye la etapa de estampar una matriz anular circular de secciones de sustrato metálicas de lámina de metal, cada sección incluye una porción de cuerpo principal, una terminal radialmente hacia fuera que se extiende desde cada porción de cuerpo principal y una lengüeta hacia dentro que se extiende desde cada porción de cuerpo principal, las porciones de cuerpo principal parcialmente definidas por ranuras que se extienden radialmente hacia dentro, las porciones de cuerpo principal de sustrato conectadas por lengüetas conectoras . 58. El método de conformidad con la reivindicación 57, caracterizado porque la etapa de estampar una matriz anular circular de secciones de sustrato metálicas que incluye la etapa de estampar una terminal que se extiende hacia fuera teniendo una configuración de desplazamiento de aislamiento. 59. El método de conformidad con la reivindicación 57, caracterizado porque la etapa de proporcionar intersticios radiales incluye la etapa de maquinar a través de las lengüetas conductoras .