專利名稱：絕緣碳刷導(dǎo)板軌的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)尤其是電動(dòng)機(jī)的電流傳輸單元的一種碳刷導(dǎo)軌，該電流傳輸單元至少由一個(gè)尤其是作為多層碳刷構(gòu)成的碳刷和一個(gè)用金屬制成的碳刷導(dǎo)軌組成，該碳刷導(dǎo)軌至少在碳刷側(cè)具有一層絕緣層。
DE 101 57 604 A1提出了電動(dòng)機(jī)的一種碳刷導(dǎo)軌，該碳刷導(dǎo)軌由一塊具有一層絕緣層的鍍鋅鋼板制成，并特別適用于多層碳刷。設(shè)置在碳刷導(dǎo)板內(nèi)的絕緣層用于避免多層碳刷的單層之間的短路或橫向電流。作為絕緣層可用一種漆例如酚醛樹脂漆、環(huán)氧樹脂漆或聚苯乙烯漆涂覆在碳刷導(dǎo)軌的鋼板上。在碳刷導(dǎo)軌和多層碳刷之間使用這種絕緣允許窄的間隙。這種絕緣的缺點(diǎn)是，絕緣層不能象純金屬導(dǎo)軌那樣承受很高的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷。
EP 0 358 812 A1提出了一種多層碳刷用的金屬電刷導(dǎo)軌，這種電刷導(dǎo)軌的壁涂覆一層聚苯乙烯漆絕緣層。為了達(dá)到絕緣層的足夠的機(jī)械附著力和耐抗性，電刷導(dǎo)軌必須付出預(yù)處理費(fèi)用，且絕緣層必須作得相當(dāng)厚。由于金屬電刷導(dǎo)軌的這種實(shí)施方式，至使造價(jià)比一般電刷導(dǎo)軌明顯增加。
此外，碳刷導(dǎo)軌和碳刷之間的間隙不可能很窄，因?yàn)檫@種絕緣本身的層厚具有相當(dāng)大的厚度差異。
從先有技術(shù)中也知道一些一般用黃銅板制成的和沒有絕緣層的碳刷導(dǎo)軌。在這種導(dǎo)電的碳刷導(dǎo)軌和多層碳刷之間必須存在大的間隙，為的是多層碳刷一般只最多用一層碳層接觸碳刷導(dǎo)板。通過旋轉(zhuǎn)碳刷緊貼著的換向器，碳刷可在碳刷導(dǎo)軌內(nèi)這樣翻轉(zhuǎn)，使碳刷的至少兩層不同的層與導(dǎo)軌呈線狀接觸。所以在這個(gè)位置產(chǎn)生短路電流，短路電流導(dǎo)致電機(jī)繞組和整流子過度加熱并導(dǎo)致電刷磨損的增加。此外，碳刷在這個(gè)傾斜位置內(nèi)在整個(gè)碳刷邊緣運(yùn)動(dòng)，從而還產(chǎn)生不必要的碳刷噪音。
所以本發(fā)明的目的在于，在碳刷及其導(dǎo)軌之間為上述碳刷導(dǎo)軌提供一種能經(jīng)受大的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷的絕緣，并可經(jīng)濟(jì)地制造導(dǎo)軌。一方面這種碳刷導(dǎo)軌在按規(guī)定用于電機(jī)時(shí)不產(chǎn)生不必要的碳刷噪音，另一方面碳刷具有盡可能小的磨損。
根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)目的是通過權(quán)利要求1的特征部分來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的諸多有利結(jié)構(gòu)可從各項(xiàng)從屬權(quán)利要求的特征部分中得知。
碳刷導(dǎo)軌用鋁制成已證明是特別有利的，因?yàn)殇X具有很好的熱-電性能。此外，鋁在氧化處理時(shí)以有利的方式形成一層很薄的不導(dǎo)電的氧化層。這種氧化層的厚度一般為5微米至30微米，而且還特別穩(wěn)定，并能耐抗熱和機(jī)械負(fù)荷。此外，以有利的方式保留了鋁的良好的熱性能。
通過本發(fā)明把氧化鋁層作為吸熱層構(gòu)成的有利改進(jìn)，在換向器產(chǎn)生的熱可被該氧化鋁層吸收，并可通過良好導(dǎo)熱的碳刷導(dǎo)軌進(jìn)行散熱。這點(diǎn)之所以特別重要，是因?yàn)樵陔姍C(jī)運(yùn)行過程中必須使換向器尤指碳刷到換向器的接觸部位產(chǎn)生的熱盡快和充分地散發(fā)。這樣就可附加地有利于減少碳刷的磨損。
為了形成一層吸熱層，氧化鋁層最好做成暗色或黑色。
由碳刷導(dǎo)軌和碳刷組成的電流傳輸單元可附加地含有一個(gè)用來支承碳刷導(dǎo)軌的支架。該支架一般用塑料制成。為了在這種電流傳輸單元時(shí)可由碳刷導(dǎo)軌進(jìn)行散熱，該碳刷導(dǎo)軌最好不完全被塑料支架包圍。這樣，就可通過碳刷導(dǎo)軌的外露面進(jìn)行散熱。
用一種經(jīng)氧化處理的鋁板彎制碳刷導(dǎo)軌已證明是制造碳刷導(dǎo)軌的特別經(jīng)濟(jì)的方法，已制成的鋁質(zhì)碳刷導(dǎo)軌的氧化處理已證明要貴得多。此外，在平表面進(jìn)行氧化處理時(shí)可產(chǎn)生很均勻的層厚。
在彎曲經(jīng)氧化處理的鋁板時(shí)，可能出現(xiàn)彎曲區(qū)的氧化鋁層斷裂。在這些斷裂區(qū)，絕緣效果明顯降低。在本發(fā)明的另一個(gè)有利的改進(jìn)中，碳刷和/或碳刷導(dǎo)軌是這樣成型的，即碳刷和碳刷導(dǎo)軌在氧化鋁層的斷裂區(qū)不產(chǎn)生接觸。從而可靠地避免了短路電流尤指多層碳刷的各層之間的短路電流的產(chǎn)生。
碳刷最好也在其縱邊設(shè)置一個(gè)倒棱，以便由此達(dá)到至碳刷導(dǎo)軌的氧化鋁層的斷裂區(qū)所需的距離。
下面結(jié)合一個(gè)實(shí)施例和兩幅附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明及其有利的方案。
附圖表示

圖1帶一個(gè)多層碳刷的電流傳輸單元的碳刷導(dǎo)軌的橫截面示意圖；圖2特殊造型的碳刷導(dǎo)軌的示意橫截面。
在本實(shí)施例中，電流傳輸單元的導(dǎo)軌5用于洗衣機(jī)的電動(dòng)機(jī)。洗衣機(jī)的這種電動(dòng)機(jī)最好是一種萬能電動(dòng)機(jī)。這種萬能電動(dòng)機(jī)(未示出)一般含有一個(gè)定子、一個(gè)轉(zhuǎn)子、一個(gè)換向器、兩個(gè)軸承蓋和電流傳輸單元，后者主要由碳刷導(dǎo)軌5、碳刷1和支架8組成。轉(zhuǎn)子和定子分別配有鐵心和產(chǎn)生磁場(chǎng)的相應(yīng)繞組。換向器與轉(zhuǎn)子軸機(jī)械連接并與轉(zhuǎn)子繞組電連接。定子則機(jī)械固定在用來安裝和支承轉(zhuǎn)子軸的軸承蓋上。電流傳輸單元的支架8固定在軸承蓋之一上。
在交流運(yùn)行的洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)時(shí)，碳刷通常設(shè)計(jì)成多層碳刷，以便達(dá)到較好的換向。在圖1中示出了一個(gè)雙層碳刷1，該碳刷由兩個(gè)借助于一根不導(dǎo)電的連接件3相互連接的導(dǎo)電的碳半2、4組成。碳刷1的一個(gè)端面位于換向器上，從而在換向片和碳刷之間產(chǎn)生導(dǎo)電連接，而碳刷1的另一個(gè)端面則與一根供電絞線接觸，從而使兩個(gè)碳半2和4在接觸部位相互電連接。
碳刷導(dǎo)軌5只在圖1中示意示出。在本實(shí)施例中，該碳刷導(dǎo)軌5由鋁板制成，該鋁板的兩面進(jìn)行過氧化處理。所以碳刷導(dǎo)軌5兩面有一層不導(dǎo)電的氧化鋁層6、7。面向碳刷1的氧化鋁層6使兩個(gè)碳半2和4在可能接觸碳刷導(dǎo)軌5的情況下不產(chǎn)生短路。如果在運(yùn)行中碳刷1在碳刷導(dǎo)軌5內(nèi)稍微傾斜，就特別容易產(chǎn)生這種接觸。絕緣層6避免碳半2和4之間的短路。從而使碳半2、4總是均勻地通電。碳半2、4的這種通電導(dǎo)致均勻的和微小的碳刷磨損。
在本例中，碳刷導(dǎo)軌5的外壁也設(shè)置了一層不導(dǎo)電的氧化鋁層7。從而避免了導(dǎo)電的軸承蓋和碳刷導(dǎo)軌5之間的可能的泄漏電流。在支架8以其造型而不可能保證軸承蓋和碳刷導(dǎo)軌5之間的足夠距離時(shí)，這點(diǎn)尤為重要。
在另一種結(jié)構(gòu)中，碳刷導(dǎo)軌5直接安裝在軸承蓋上，因?yàn)橥庋趸X層7是足夠絕緣的。所以仍可比較經(jīng)濟(jì)地制造電流傳輸單元，因?yàn)榭扇∠妓?dǎo)軌5的支架8。
氧化鋁層6、7在碳刷導(dǎo)軌5的厚度為15微米，但這層厚度也可介于5和30微米之間。這樣的氧化鋁層6、7是足夠絕緣的，而且是很耐磨損的，并耐抗氣候的和化學(xué)的影響。由于氧化鋁層6的厚度制作得很均勻，且由于不導(dǎo)電的氧化鋁層6，碳刷1可與碳刷導(dǎo)軌5接觸，所以碳刷1和碳刷導(dǎo)軌5之間的導(dǎo)向縫隙(間隙)容許很窄。在本實(shí)施例中，保持按德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN 43008規(guī)定的碳刷1和碳刷導(dǎo)軌5之間的橫向間隙是不成問題的，所以避免了碳刷1在碳刷導(dǎo)軌5內(nèi)的傾側(cè)。通過碳刷1的這種精確的導(dǎo)向避免了碳刷邊緣在換向片上運(yùn)動(dòng)，并由此避免了產(chǎn)生相應(yīng)的碳刷噪音。
碳刷導(dǎo)軌5的氧化鋁層6面向碳刷1的表面做成黑色。氧化鋁層6的這種顏色在氧化鋁層處理時(shí)通過選擇適當(dāng)?shù)闹圃靺?shù)很容易實(shí)現(xiàn)。也可用別的顏色尤其是可吸收熱輻射的暗色。通過這種特殊的顏色可達(dá)到碳刷1范圍內(nèi)產(chǎn)生的，以熱輻射形式輻射到碳刷1和換向器之間的接觸部位的熱被氧化鋁層6很好地吸收。
氧化鋁層6吸收的熱被散發(fā)到鋁制碳刷導(dǎo)軌5上并重新輻射到面離碳刷1的一側(cè)上。為了保證無阻礙的熱輻射，碳刷導(dǎo)軌5的支架8是這樣設(shè)計(jì)的，使碳刷導(dǎo)軌5不完全被支架8包圍。這樣，碳刷導(dǎo)軌5的外露面就能把熱散發(fā)到周圍。如果碳刷導(dǎo)軌布置在由電動(dòng)機(jī)本身產(chǎn)生的氣流中，則對(duì)碳刷導(dǎo)軌外露面的熱輻射或散熱起附加的促進(jìn)作用。這種氣流可通過軸承蓋和/或定子的適當(dāng)造型來影響。
在不含支架8的電流傳輸單元的另一種結(jié)構(gòu)中，與軸承蓋直接的碳刷導(dǎo)軌5固定在電動(dòng)機(jī)的軸承蓋上。這附加地有利于碳刷1區(qū)域的散熱，因?yàn)樘妓?dǎo)軌5吸收的熱可直接散發(fā)到軸承蓋上。在軸承蓋上的碳刷導(dǎo)軌5的這種直接固定可通過不導(dǎo)電的外部氧化鋁層來實(shí)現(xiàn)。
為了有利于本發(fā)明碳刷導(dǎo)軌5的制造，在第一道工序中進(jìn)行鋁板的氧化處理。在第二道工序中，用這塊氧化過的鋁板制作碳刷導(dǎo)軌5的半成品。在本實(shí)施例中，這種半成品用氧化的鋁板沖壓制成，但也可用別的合適的方法。然后，在第三道工序中將這種半成品彎曲成碳刷導(dǎo)軌5。在一面氧化的鋁板時(shí)，彎曲過程這樣進(jìn)行，使氧化鋁層6位于里面，即位于碳刷1的導(dǎo)向區(qū)域內(nèi)。
在彎曲預(yù)氧化的鋁板時(shí)，彎曲區(qū)的氧化鋁層可能斷裂。這種斷裂可降低氧化鋁層6對(duì)彎曲區(qū)的碳刷1的絕緣作用。
圖2表示碳刷導(dǎo)軌10的一種有利的造型，此時(shí)，碳刷導(dǎo)軌的每個(gè)成形區(qū)都以一個(gè)凸出的曲率11即以一個(gè)面離碳刷12的曲率11開始和終結(jié)。從而實(shí)現(xiàn)了碳刷12在偏移的情況下只可能接觸碳刷導(dǎo)軌10的不彎曲的面。所以避免了碳刷12與氧化鋁層6可能有斷裂的區(qū)域接觸。隨著時(shí)間的推移，斷裂內(nèi)的鋁的外露區(qū)通過空氣中的氧又自動(dòng)變成三氧化二鋁(Al2O3)絕緣層。
另一種電流傳輸單元具有碳刷1的特殊造型。這時(shí)碳刷1的縱邊分別具有一個(gè)倒棱9，如圖1所示。這種結(jié)構(gòu)也能保證碳刷1在偏移時(shí)不接觸碳刷導(dǎo)軌5的彎曲區(qū)。
本發(fā)明不局限于使用多層碳刷，而是也可用于整體式碳刷。所以有利于碳刷導(dǎo)軌的相同結(jié)構(gòu)用于兩種碳刷或用于交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)。
權(quán)利要求
1.電機(jī)尤其是電動(dòng)機(jī)的電流傳輸單元的碳刷導(dǎo)軌，該電流傳輸單元至少由一個(gè)尤其是作為多層碳刷構(gòu)成的碳刷(1)和一個(gè)用金屬制成的碳刷導(dǎo)軌(5)組成，該碳刷導(dǎo)軌至少在碳刷側(cè)具有一層絕緣層，其特征為，碳刷導(dǎo)軌(5)用具有至少一層氧化鋁層(6、7)的鋁板制成。
2.按權(quán)利要求1的碳刷導(dǎo)軌，其特征為，氧化鋁層(6、7)是一層人工制成的氧化鋁層。
3.按權(quán)利要求1或2的碳刷導(dǎo)軌，其特征為，氧化鋁層(6、7)具有5微米至30微米之間的厚度。
4.按權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)的碳刷導(dǎo)軌，其特征為，碳刷導(dǎo)軌(5)的氧化鋁層(6、7)至少在碳刷側(cè)適合吸收熱輻射。
5.按權(quán)利要求4的碳刷導(dǎo)軌，其特征為，碳刷導(dǎo)軌(5)的氧化鋁層(6、7)至少在碳刷側(cè)呈暗色尤其是黑色。
6.具有一個(gè)按權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的碳刷導(dǎo)軌和一個(gè)碳刷的電流傳輸單元，其特征為，碳刷(1，2)和/或碳刷導(dǎo)軌(5，10)是這樣造型的，即碳刷(1，2)和碳刷導(dǎo)軌(5，10)只可能在碳刷導(dǎo)軌(5，10)的沒有彎曲的面上接觸。
7.按權(quán)利要求6的電流傳輸裝置附加具有一個(gè)用來支承碳刷導(dǎo)軌(5)的塑料支架(8)，其特征為，碳刷導(dǎo)軌(5)沒有完全被支架(8)包圍。
8.按權(quán)利要求6或7的電流傳輸單元的碳刷，其特征為，碳刷(1)在全部縱邊都有一個(gè)倒棱(9)。
9.電機(jī)尤其是電動(dòng)機(jī)，其特征為，該電機(jī)配有一個(gè)按權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的碳刷導(dǎo)軌(5)、配有一個(gè)按權(quán)利要求8所述的碳刷和配有一個(gè)按權(quán)利要求6或7所述的電流傳輸單元。
10.電機(jī)尤其是電動(dòng)機(jī)的電流傳輸單元的碳刷導(dǎo)軌的制造方法，其特征為，該方法包括下列的工序a.鋁板料段至少一面進(jìn)行氧化鋁處理；b.碳刷導(dǎo)軌(5，10)的半成品制作；c.將半成品彎曲成碳刷導(dǎo)軌(5，10)。
全文摘要
本發(fā)明涉及電機(jī)尤其是電動(dòng)機(jī)的一種碳刷導(dǎo)軌。這種碳刷導(dǎo)軌用鋁制成并具有至少一層氧化鋁絕緣層。這種碳刷導(dǎo)軌特別適用于多層碳刷。
文檔編號(hào)H01R39/38GK1607704SQ20041008815
公開日2005年4月20日 申請(qǐng)日期2004年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月14日
發(fā)明者B·迪特馬, S·賴納, S·約爾格 申請(qǐng)人:Bsh博施及西門子家用器具有限公司