TWI407664B

TWI407664B - 電機及電機用滑環組件

Info

Publication number: TWI407664B
Application number: TW094119766A
Authority: TW
Inventors: Franc Bizjac
Original assignee: Ascom D O O
Priority date: 2004-06-16
Filing date: 2005-06-15
Publication date: 2013-09-01
Also published as: DK1726069T3; ES2302206T3; SI1726069T1; WO2005124945A1; US20070257577A1; TW200618444A; EP1726069B1; DE102004028781A1; EP1726069A1; ATE388509T1; DE502005003095D1; PL1726069T3; MXPA06014136A

Description

電機及電機用滑環組件

本發明係有關一種具有定子以及轉子的電動機，該轉子係於兩軸承上以其縱軸為軸心而樞轉，另該轉子具有一轉子線圈，於其中之一軸承上凸設有一轉子軸頸，而一滑環單元係配設於該轉子軸頸上，該滑環單元係包括一由絕緣材質所製成、並具有一轉子軸頸通孔的載體，以及兩滑環，於滑環單元的近軸承側上，每一滑環分別配設一由載體凸出、並與轉子線圈相連接的連接部。此外，本發明亦涉及一種電動機之滑環單元。

本發明係關於一種電動機，尤其涉及汽車的發電機。其於轉子線圈內感應產生的電能係經由一滑環單元供應給汽車的電動裝置。

習知案US 6437475 B1所揭示的電動機，其中，滑環單元係組設於轉子軸頸上，而該轉子軸頸係凸設於轉子軸的其中之一軸承上，而轉子線圈的端部係穿過諸通孔，並且軸向貫穿滑環單元的載體。此外，該轉子線圈的端部於滑環單元的近軸承側上係與滑環的連接部電性相接，該連接部係從載體凸伸出來。該結構於滑環單元的易接近的正面處可以達到轉子線圈端部以及滑環連接部之間的電性連接效果。其效果不管是兩滑環先構成一共同元件，然後於載體射出成形後再予以電性絕緣(特別是經由旋轉)或者是從一開始就是兩分離元件，都是可以達到預期的效果。由US 6437475 B1所揭示的習知案之滑環單元的設計和結構的優點在於，滑環單元於預製的電動機製造完成後才予以組裝，並且得以較低的成本來更換。後來，業者發現該習知滑環單元仍有其缺點，也就是滑環因為轉子線圈貫穿載體的通孔經常會有過大的徑向外徑。再者，因為轉子線圈的端部經由上述軸向通孔而穿過而讓組裝變得昂貴且容易故障。

關於另一相關的習知電動機結構中，於滑環單元的載體上，並且在面對轉子軸承的對應側上形成絕緣板，該絕緣板於轉子軸的對應槽中係從相鄰的轉子軸軸承下方穿過，而滑環的連接部或是所屬的連接延伸部係延伸於該絕緣板中。而為了增強其背向於滑環單元之端部的結構，上述絕緣板通常是經由一與滑環單元之載體與絕緣板一體射出成形的絕緣環而彼此相接。該等連接部或是連接延伸部經常配設於絕緣環的末端，並且與轉子線圈形成連接。該類的習知案，例如US 5459364 A,US 5486732 A,US 5521450 A以及EP 1337013 A2，其缺點在於對應設置的電動機有產生短路的安全問題，因為於生產該等滑環單元時，穿過第一滑環下方的第二滑環連接部，其於滑環單元的載體以及配設於其上方的絕緣板的射出成形時，在黏滯、且高速度地射入模具中的成形材料的作用下而會造成變形，並且可能會造成與第一滑環產生接觸的危險。

關於在相鄰轉子軸承內的結構，習知案中仍有些不同的滑環單元(請參閱US 4645962 A und US 4684179 A)。依據US 4684179 A，一植設於滑環單元的載體內的間隔元件係由絕緣材質構成，該間隔元件可確保兩預製滑環於載體成形時的軸向距離。該間隔元件同時亦有助於組裝工作的進行，也就是可將兩滑環套設於其套環上，而所形成的單元在生產載體時可置於一射出成形工具中。於一滑環以及另一滑環的徑向向內延伸的連接部之間的徑向缺口，為了讓絕緣部得以構成，於載體製造時係以載體成形材料來射出成形。為了達到該目的，該間隔元件具有一於軸向長度上延伸的狹長形開口，或是於一滑環以及另一滑環的連接部之間的徑向缺口處予以形成切口。而該等習知滑環單元的缺點仍同樣是在於短路的安全問題。

鑑於上述習知案的缺點，本發明的目的在於創作出一具有製造成本低廉、而有較小的滑環徑向外徑、以及不會發生短路問題的滑環單元，和創作一具有該等滑環單元的電動機。此外，藉由本發明結構而可期待的效果是，當轉子線圈與滑環單元的連接部於相鄰轉子軸承外進行連接時，得以簡化滑環單元於預製的轉子上的組裝以及簡化滑環與轉子線圈的接觸。

依據本發明，上述目的係經由一種電動機來達成，其中，於滑環單元的載體內植設一預製的、呈階梯狀的間隔環，而該間隔環係跨接於兩相鄰的滑環之間軸向缺口，該間隔環係得至少部分地延伸進入的滑環以及另一滑環之連接部之間的徑向缺口內。於本發明電動機中所使用的滑環單元係使用預製的、從一開始就分開的滑環來製造，並且是在由兩滑環以及間隔環所構成的單元置入一射出成形工具中之前，滑環就從兩側套置於間隔環上，而滑環單元的載體以及於其上成形的絕緣板係於該射出成形工具內射出成形。因此得以免除一滑環單元坯形經由轉動來進行事後的加工工作，而該優點特別有助於降低滑環單元的製造成本。藉由滑環單元的間隔環具有階梯狀的結構，以及至少部分地延伸進入的滑環以及另一滑環之連接部之間的徑向缺口內，而可以達到第二滑環的連接部的良好固定效果，故該連接部於載體射出成形時就不會造成徑向向外變形因而產生短路或者是鄰近於相鄰滑環的危險。相對於US 4684179 A的習知技術，使用本發明得以提高短路發生時的安全性，特別是藉由該間隔環至少部分地延伸進入的滑環以及另一滑環之連接部之間的徑向缺口內的設計，因為該間隔環得以避免兩滑環的接觸以及不被許可的近接，特別是在載體射出成形時，成形材料以高速射入模具中時，其可以有效地達到阻絕的效果。

上述間隔環以由相同於滑環單元之載體的材料製成者為佳。其優點在於該間隔環與射出成形的載體有良好的連接性，故而達到一較高的可靠性和壽命。但不應僅限於此。該間隔環亦可由另一合適的絕緣材料來製成。

本發明另一較佳的結構在於，該間隔環具有一中央部和兩縮徑的套環，該等滑環係對應套設於套環上。此外，延伸進入徑向缺口的套環分別於鄰近於對應的連接部上具有一軸向的延伸部，該徑向缺口係成形於一滑環以及另一滑環的連接部之間，藉此，間隔環在短路的安全性上可以產生一極佳的效果，並且不會對於滑環與載體之間的固接產生不良的影響。而有關的軸向延伸長度的設計在於，於一滑環和另一滑環的連接部之間的徑向缺口以對應滑環的至少60%，而更佳為至少70%的軸向高度藉由間隔環來予以填空。

本發明的又一特徵在於，上述套環並未延伸進入於一滑環以及另一滑環的連接部之間的徑向缺口內，並且該套環具有一凹槽，該凹槽係用來容置對應該套環之滑環的連接部。此外，上述滑環單元的間隔環於其徑向內側上設有一袋體，該袋體係容置相鄰滑環的連接部，而該連接部係由滑環下方徑向穿過。該等袋體係提供相關連接部的支撐和固定，而載體的射出不僅於徑向，並且於圓周方向上進行。

依據本發明的再一特徵在於，上述具有兩滑環的滑環單元中，該間隔環係呈軸向對稱。此外，上述的延伸部、區塊、袋體皆有兩個，並且以對角線式的對應設置。此有助於間隔環以及兩滑環組合成一預組合的單元體，因此該步驟得以自動進行，對於成本的降低上有著很大的幫助。

本發明亦特別適用於某些情況，其中包括，轉子線圈於相鄰於滑環單元的轉子軸承下方穿過，並於對應的轉子軸承外與滑環單元的連接部相連接。該連接部係於滑環單元的近軸承側從載體凸伸出來。此外，該滑環單元的載體於其近軸承側上的連接部區域內配設有凹槽，該凹槽可容置轉子線圈的最外端。該等凹槽係特別於徑向外側上直接相鄰於滑環的連接部，於組裝滑環單元時，該等凹槽可有助於轉子線圈端處的確實定位。故該等凹槽可簡化滑環單元的組裝、並且可提升滑環連接部與轉子線圈之間的電性連接的可靠性。

此外，本發明實施例的又再一特徵在於，轉子線圈剝離下來的末端處係嵌夾於滑環的連接部內。再者，滑環的連接部首先以端側呈V字形為佳，又滑環的連接部的V字形端側又以開口徑向朝外者為佳。經由轉子線圈端部的剝離可形成裸露的導體，在該裸露的導體配置於連接部的V字形端部內後，可將這些擠壓成一轉子線圈導體上的一個雙側軟性裝置。該擠壓的動作得藉由電極來進行，故同時藉由連接部端側的結構變形，亦可讓轉子線圈的導體與連接部經由電阻焊來產生焊接的效果。此設計的優點特別在於易於組裝滑環單元、以及構成轉子線圈和滑環之間可靠的電性連接。可以將轉子線圈的導體與滑環的連接部相接在一起的其它方法亦包括低溫焊接或是雷射焊接的方式。

本發明的應用實施例不應侷限於轉子線圈由鄰近於滑環單元的轉子軸承下方穿過的方式。本發明上述優點特徵在於，於滑環單元的載體上成形有絕緣板，該絕緣板係從鄰近的轉子軸承下方穿過，而由滑環單元的載體延伸出來的連接部或是對應的連接延伸部係容置於該等絕緣板內。於對應之轉子軸承內的轉子線圈與滑環單元的連接部或是對應的連接延伸部相連接的結構優點在於，轉子線圈與滑環單元的連接部的連接得靠近於轉子線圈或是在其直徑上進行。

本發明特別有利之處在於，在遠離滑環處，容置於絕緣板的連接延伸部與連接部相接，該連接部係與滑環一體成形者。該連接延伸部－如同與成形於滑環上的連接部的滑環一般－係由銅製成，並且由一相應的板片所切割而成。連接延伸部與對應的連接部之連接係藉由超音波焊接的方式進行為佳。藉由遠離滑環的相應連接處的設置，就其硬度而言，經由焊接過程所形成的熱度是不會造成不良的影響。

在上述的實施例中，其中，不以轉子軸承由相鄰於滑環單元的轉子軸承下方穿過的結構，對於上述的連接部的固定和支撐可藉由一延伸進入於相應徑向缺口內的間隔環提供良好的效果，而該連接部係從另一滑環下方穿過。經由該有效的支撐，一長形的連接部或連接延伸部係於用來將載體射出成形所使用的模具內僅於其端處予以支撐。對應之連接部與相應的滑環係形成連接處，而該端處和和連接處之間是不需要額外的支撐。因此，除了端處外，連接部或連接延伸部係得以成形材料來射出成形，而滑環單元的載體以及於其上所形成的絕緣板亦皆由該成形材質所構成。此可降低於具有類似結構之習知滑環單元中，在發電機運轉時所可能產生的電壓中斷以及漏電流問題，特別是在連接延伸部的額外支撐的範圍。

本發明在上述說明中係藉由具有兩滑環之滑環單元來進行，但不應受限於此。此外，本發明係得包括電動機，其滑環單元具有至少兩個滑環者，而該結構亦具有相同於上述說明的優點，而於該類電動機中，滑環單元係配設於兩轉子軸承內。

於第1、2圖所示的電動機包括一定子1、一轉子2。該轉子2係於兩軸承3上以其縱軸4為軸心而樞轉。該轉子2具有一轉子線圈5。

於其中之一軸承3上凸設有一轉子軸頸6，而一滑環單元7係配設於該轉子軸頸6上。該滑環單元7係包括一由絕緣材質所製成、並具有一轉子軸頸通孔9的載體8，以及兩滑環，其中之一為靠近軸承的滑環10，另一為遠離軸承的滑環11。每一滑環10、11分別配設一由內環部延伸出來的連接部12，13。

於滑環上所形成的連接部12，13係於載體8內延伸至滑環單元7的靠近軸承側14，並從該滑環單元的靠近軸承側14凸伸出來。該等連接部12，13的末端15於圖示的製造狀態時係呈Y字形，並呈開口徑向向外的V字形。

徑向外側相鄰於連接部12，13之處，上述滑環單元7的載體8於其靠近軸承側14具有兩凹槽16，該等凹槽16內容置有轉子線圈5之經由剝離而外露的導體18的最外端17。該轉子線圈5的外露導體18分別配設於對應連接部12，13的V字形末端15的底部。藉由兩相對設置的電極19，20分別來擠壓連接部12，13的末端15時可讓對應的末端15產生力學上的變形，故導體18與連接部12，13產生對應夾接的效果。此外，亦可讓導體與連接部12，13經由電阻焊而產生焊接的效果。

於載體8內植設一預製的間隔環21，而該間隔環21係跨接於兩滑環10、11之間的軸向缺口22內。該間隔環21係呈階梯狀，故其不僅正面抵靠於兩滑環10、11上，並且是部分抵靠於滑環10、11的徑向內周面。故該間隔環21亦得部分地延伸進入軸承近端的滑環10以及軸承遠端的滑環11之連接部13之間的徑向缺口23。

依據第3、4圖之實施例，轉子軸頸6’上的滑環單元7’的連接部12’，13’分別配設一與對應滑環10’，11’一體成形的連接部24，25、以及一遠離滑環而與連接部24，25相焊接的連接延伸部26，27。該等連接延伸部26，27係從轉子軸承3’下方穿過，因此，於軸承3’內的轉子線圈5’的與滑環單元7’的連接部12’，13’相連接。在滑環單元7’的載體8’上，並且於其軸承側的正面上配設有兩絕緣板36，37，該等絕緣板36，37於轉子軸的軸向槽內係係從轉子軸承3’的內環下方穿過，而連接延伸部26，27係容置於該絕緣板36，37內。而絕緣板36，37的端側上，經由一與滑環單元7’之載體8’以及絕緣板36，37一體射出成形的絕緣環38相接在一起。於接近絕緣環38處，該等連接延伸部26，27的末端配設有開放式的連接凸部39，該連接凸部39係與轉子線圈5’構成連接。

於其連接凸部39以及對應滑環內的相應連接切口之轉換處之間，連接部12’，13’係完全植設於成形材料中，而載體8’以及絕緣板36，37皆由該材料所射出成形者。

於第4圖放大所示之間隔環21’具有一中央部28和兩縮徑的套環29，30。上述兩滑環10’，11’係對應套設於套環29，30上。延伸進入徑向缺口23’的套環29分別於鄰近於對應的連接部25上具有一軸向的延伸部31。該徑向缺口23’係成形於圖示於左側的對應滑環10’以及右側滑環11’的連接部25之間。該延伸部31的大小設計為，於對應滑環10’和連接部25之間的徑向缺口23’以對應滑環10’的高達75%的軸向高度藉由間隔環21’來予以填空。

對應於套環29所配設於另端上的套環30係對齊於延伸部31的位置設有兩凹槽32，該兩凹槽32恰得讓對應於套環30的滑環11’的連接部25穿置於間隔環21’的內部。一設置於間隔環21’徑向內側33上的凹槽35式的袋體34係與對應的凹槽32相接。而該凹槽35恰得容置對應滑環11’的徑向向對應滑環10’下方穿過的連接部25。

此外，依據第1、2圖實施例所作上述說明同樣適用於第3、4圖所示的滑環單元7’，為了避免重覆說明，請參閱對應的實施例結構。

1．．．定子

2．．．轉子

3．．．軸承

4．．．縱軸

5．．．線圈

6．．．轉子軸頸

7．．．滑環單元

8．．．載體

9．．．通孔

10、11．．．滑環

12，13．．．連接部

14．．．軸承側

15．．．末端

16、32、35．．．凹槽

17．．．外端

18．．．導體

21．．．間隔環

22．．．軸向缺口

23．．．徑向缺口

24，25．．．連接部

26，27．．．延伸部

29，30．．．套環

36，37．．．絕緣板

38．．．絕緣環

39．．．連接凸部

第1圖係為本發明電動機的第一實施例之轉子端部的軸向剖視圖，其中轉子線圈與滑環並未完成最後的連接；第2圖係為依據第1圖II－II的徑向剖視圖；第3圖係為本發明電動機的第二實施例之轉子端部的軸向剖視圖；第4圖係為用來製造第3圖所示的滑環單元所使用的間隔環之立體放大圖。