專利名稱：用于電機的碳刷裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種按照權利要求1前序部分所述的、用于電機的碳刷裝置。
背景技術：
用于電機的碳刷裝置是已知的。它們用于給轉子供應電能。在這里，它們用于把 電流引入相對接觸裝置，該相對接觸裝置例如形成為接觸環(huán)或換向器接觸環(huán)。在此，電流經 過一對或多對碳刷引入電樞繞組，在直流電動機中經過換向器。這些碳刷對在此具有大多 數(shù)情況下由燒結材料構成的碳刷，該燒結材料主要具有銅和石墨成分。該材料以及接觸環(huán)， 特別是換向器在運行中受到磨損，該磨損在很大程度上是由于電腐蝕磨損引起。特別是在 換向器裝置中，可通過火花形成觀察到顯著的電腐蝕磨損，該電腐蝕磨損是由于非常高的 電流密度而產生，非常高的電流密度是由此出現(xiàn)，即碳刷下面的換向器薄片在電機運行中 轉向一邊，因此在下一個薄片被加載電流之前，在碳刷和相對接觸裝置之間用于提供電流 傳導的表面同樣由于該轉向一邊的運動而不斷變小并且最后接近零。在此電流密度是非常 高的。為了實現(xiàn)電機或者其碳刷裝置的較長運行時間和使用壽命，希望降低電流密度，以便 減小分攤在此處的電腐蝕磨損部分。這可以有益地僅僅通過在軸向上延長碳刷和接觸環(huán)或 者換向器實現(xiàn)，因為對于接觸環(huán)的周向長度規(guī)定了由原理決定的范圍，特別是在薄片寬度 也作為限制量的換向器的情況下。當然對于這樣的軸向延長也規(guī)定了范圍，因為長的并且 同時不是特別結實的碳刷由于其材料結構而易于出現(xiàn)不穩(wěn)定性，在工藝上很難制造，特別 是只能通過碳刷裝置的特別結構形式，比如通過使用板式_螺旋彈簧，才能實現(xiàn)必需的均 勻接觸壓力；特別是在低接觸壓力的情況下在接觸面的區(qū)域內形成強烈火花，這可能引起 非常嚴重的電腐蝕磨損并且因此可能使碳刷的使用壽命明顯降低。此外，電流在引入碳刷 橫截面時集中在電流引線比如絞合線附近，相反不能理想地到達邊緣區(qū)域。此外，從另外的 應用中已知了這樣的換向系統(tǒng)，其在周向上具有多重碳刷。從GB 2 244 603A中已知了用 于直流電動機的多重碳刷裝置，其中，碳刷在一個小的模型制造電動機中通過搖臂保持并 聯(lián)連接?？墒沁@對于大電流應用和對于擺動是危險的應用來說不是很好的實施方式。特別 是由于形成搖臂使可靠形成接觸受到限制。

發(fā)明內容
本發(fā)明的任務是，提供一種該類碳刷裝置，其避免了上述缺點并且在可靠運行的 同時可以保證明顯提高的期望使用壽命。為此建議一種用于電機的碳刷裝置，特別是用于電機的換向器裝置，該裝置具有 至少兩個碳刷，這兩個碳刷軸向毗鄰布置并且與一個可旋轉的相對接觸裝置協(xié)作。在此規(guī) 定，碳刷形成為間接或直接地相互軸向支撐的碳刷。因此，在根據(jù)本發(fā)明的碳刷裝置中，碳 刷被設計成它們間接或者直接相互軸向支撐。正如前面描述的，它們因此不是支承在單獨 的搖臂上(這可能導致不希望的擺動或振動)，而是被設計成它們在軸向上支撐地相互接 觸。該接觸可以是直接的，也就是這樣，即碳刷裝置的碳刷直接相互接觸，或可以是間接的，也就是這樣，即在碳刷之間布置一個促成支撐的元件。這特別有這樣的優(yōu)點，即可以使在碳 刷裝置的碳刷之間流過的電流均衡，從而可以在向相對接觸裝置轉移時獲得均勻的電流密度。在另一種實施方式中規(guī)定，碳刷軸向相互接觸。在這里，碳刷裝置的碳刷直接相互 接觸，一個碳刷的一個側壁因此接觸相鄰的另一個碳刷的另一個側壁。在此，直接在這兩個 側壁之間實現(xiàn)在碳刷之間的電流均衡，從而在到相對接觸裝置的接觸面上，在整個接觸面 上經過均衡的電流密度處于支配地位。同時，碳刷裝置的碳刷在軸向上相互支撐，從而與在 彼此獨立地間隔布置的碳刷的情況下相比機械穩(wěn)定性明顯改善。因此可靠避免特別是可能 在各個碳刷中引起的并且可能導致接觸壓力降低和/或電流傳輸降低的擺動。在另一種實施方式中，碳刷座的壁部位于碳刷之間。在該實施方式中，碳刷被容 納，也就是例如在至少部分圍繞或包封碳刷的殼體中被引導，其中，為了促成軸向支撐，碳 刷座的壁部位于碳刷之間。因此碳刷裝置的一個碳刷支撐在該壁部上，而碳刷裝置的另一 個碳刷支撐在該壁部的相對側上。特別是在由導電材料例如由金屬形成碳刷座的情況下， 在此也保證了在碳刷之間非常好的電流均衡，此外，碳刷裝置的各個碳刷的非常好的單獨 的徑向引導是可能的。由此可以非常好地考慮碳刷的單個的磨損和隨之出現(xiàn)的長度變化。在另一種優(yōu)選實施方式中，相互接觸的碳刷共同形成形狀配合連接部，特別是在 周向上作用的形狀配合連接部。碳刷因此具有相互接觸的側壁這樣的布置形式，使得相互 接觸的這兩個側壁由于該布置形式而形成上述形狀配合連接部。例如可行的是，一個碳刷 的一個側壁形成為凹狀，而另一個碳刷與所述一個側壁接觸的另一個側壁以形狀匹配的方 式形成為凸狀。碳刷的側壁因此相互嚙合，使得碳刷在周向上(也就是在電機或轉子的旋 轉方向上或與電機或轉子旋轉方向相反的方向上)不可以相對偏移。由此保證，這些碳刷 在軸向上始終作用于接觸環(huán)或換向器的相同部分并且不會發(fā)生在周向上的偏移。同時該形 狀配合連接部用作安裝輔助措施。在一種優(yōu)選實施方式中，給每個碳刷分配自己的碳刷彈簧。由此保證，每個碳刷不 依賴于另一個碳刷在徑向上得到在其上面直接作用的最佳接觸壓力。因此，對于每個碳刷， 保證形成對相對接觸裝置的最佳接觸。在另一種實施方式中規(guī)定，可旋轉的相對接觸裝置是換向器的薄片。正如已經描 述的，特別是在直流電動機中在使用換向器的情況下特別希望降低電流密度。以建議的裝 置能夠非常有效地實現(xiàn)這樣的電流密度，從而可以明顯延長換向器和碳刷的使用壽命。在另一種優(yōu)選實施方式中，每個碳刷具有自己的電流引線。在碳刷裝置的各個碳 刷的電流引線當然可以并聯(lián)地電連接的情況下，在碳刷中引入電流在電流本身和電流在碳 刷內部的均衡方面得到優(yōu)化。如從現(xiàn)有技術中已知的在電流引入碳刷截面中的集中現(xiàn)象不 會很嚴重，而是相反地可得到避免。通過具有自己的電流引線和直接或間接相互軸向支撐 的設計在碳刷之間實現(xiàn)電流引入到接觸表面并轉移到相對接觸裝置的非常好的電流均衡， 其中，在橫截面的任何位置上都不會出現(xiàn)過大的電流密度。由此能夠顯著提高碳刷和相對 接觸裝置，特別是換向器的使用壽命。由從屬權利要求和從屬權利要求的組合中可得出另外有益的實施方式。下面借助于實施例詳細描述本發(fā)明，但不局限于此。


圖1示出了具有兩個軸向毗鄰布置的碳刷的碳刷裝置；圖2示出了具有在周向上作用的形狀配合連接部的兩個碳刷；圖3示出了具有容納碳刷的碳刷座的碳刷裝置。
具體實施例方式圖1示出了用于僅僅部分示出的電機2的碳刷裝置1。碳刷裝置1具有兩個碳刷3，這兩個碳刷在軸向上，也就是平行于例如為電機2的轉子5的旋轉軸線4毗鄰布置并且 與一個可旋轉的相對接觸裝置6，例如換向器7協(xié)作。為了與可旋轉的相對接觸裝置6協(xié)作， 碳刷3以面對的接觸面8碰觸可旋轉的相對接觸裝置6的外周表面10的相對接觸面9，從 而碳刷與相對接觸表面彼此重疊地處于接觸位置。在碳刷3的底面11上形成接觸面8。在 與碳刷3的底面11相對的碳刷2的頂面12上對于每個碳刷3設置至少一個碳刷彈簧13， 例如作為螺旋壓縮彈簧14，該碳刷彈簧在碳刷頂面12上給碳刷3加載彈簧壓力。碳刷彈簧 13 一端支撐在碳刷3的頂面12上，另一端支撐在碳刷座15上，可以例如以倒U形、以弓形 件16的形式或以另外適當?shù)男问叫纬稍撎妓⒆?，其中，只必須保證，碳刷座15以適當?shù)姆?式引導碳刷3，也就是特別要保證碳刷3的足夠的軸向引導和/或徑向引導。同時正如描述 的，碳刷座15用于支撐碳刷彈簧13以把彈簧壓力施加到碳刷3的頂面12上。碳刷3因此 以其接觸面8在加載力的情況下緊貼在可旋轉的相對接觸裝置的相對接觸面9上。特別是 如果碳刷座15整體或至少部分由導電材料17例如由金屬18形成，則通過碳刷座15可以 進一步地把電流引入碳刷3中。優(yōu)選地規(guī)定，每個碳刷3具有自己的電流引線19，其分別可 以連接在供電電纜20上。在此，通過位于頂側，也就是在每個碳刷3的頂面12上的電流引 線19實現(xiàn)電流引入碳刷3。在此，碳刷3并聯(lián)地電連接，這里所示的碳刷裝置1因此是單極 的。對于電機2的每個另外的必需的電極重復該碳刷裝置。在此，電流引線19在頂側例如 通過借助于接觸片21與碳刷3連接的絞合線22來實施。通過經過在碳刷3的頂面12上 的接觸片21引入電流，在電流引入碳刷3中時不會集中在如在現(xiàn)有技術中通常絞合線22 與碳刷3連接的一個僅是很小的區(qū)域內，而是遍布在接觸片21的整個區(qū)域內。在軸向上布 置碳刷3，使得碳刷以其緊挨相對的側壁23相互支撐，也就是兩個碳刷3的相對的側壁23 處于相互接觸的位置。通過這種方式，電流同樣在兩個碳刷3之間在整個側壁23上均勻分 布，直到電流為了傳輸?shù)娇尚D的相對接觸裝置6而到達位于碳刷3的底面11上的接觸面 8。在此，為了把電流傳輸?shù)娇尚D的相對接觸裝置6，提供了在碳刷3上的一個大得多的接 觸面8和與其相對應的在相對接觸裝置6上的相對接觸面9，由此在從接觸面8到相對接觸 面9的傳輸中有益地降低了電流密度。由此以非常有益的方式可以明顯降低碳刷3和可旋 轉的相對接觸裝置6的電腐蝕磨損，并且可以明顯提高使用壽命。圖2以碳刷3的橫截面圖，也就是沿著與沒有示出的可旋轉的相對接觸裝置6的 旋轉軸線4成徑向的方向看的視圖示出了碳刷3的幾何構造的兩個變型方案。沒有示出的 相對接觸裝置6 (參見圖1)圍繞旋轉軸線4旋轉，由此力沿旋轉方向或者說周向R(所示為 雙向)作用于碳刷3，這些力可能導致沿周向R作用的偏移，特別是相對于徑向方向從沒有 示出的可旋轉的相對接觸裝置6離開的切向偏移形式。在此，碳刷3因此具有一個如此的 幾何形狀，使得如果碳刷3以其側壁25彼此軸向支撐，則在兩個相鄰的碳刷3之間總是存在形狀配合連接部24。為此，如此形成側壁25，使得總是被設計成左側側壁26與在同一個 碳刷3上與左側側壁相對的右側側壁27形狀匹配。例如正如在圖2的變型方案a中示出 的，可以以凹狀28形成左側側壁26，而以與凹狀28相對應的凸狀29來實施與左側側壁相 對的右側側壁27。如果一個碳刷3的左側側壁26此時支撐在另一個碳刷3的右側側壁27 上，則凸狀29在支撐區(qū)域內嚙合進入凹狀中，從而在碳刷3之間形成形狀配合連接部24。 在這里防止了碳刷3彼此相對偏移。同時實現(xiàn)了碳刷3的形狀穩(wěn)定的、特別是在周向R上 作用的穩(wěn)定作用。在此，可以以所有對于相應的形狀配合連接部有益的幾何構造來實施左 側側壁26和右側側壁27，例如在圖2的變型方案b中所示，采用階梯狀的槽形凹槽30和在 碳刷3的相對側壁25上與槽形凹槽相對應的、階梯凸條31。當然也可采用通過嚙合的銷榫 和相對應的凹槽實現(xiàn)的實施方式(在這里沒有示出)，但是實施為在碳刷3的徑向上 連續(xù)的 幾何形狀有這樣的優(yōu)點，即考慮碳刷3的磨損并且即使在碳刷3的累進磨損的情況下也可 形成可靠的形狀配合連接部24。 圖3示出了電機2的碳刷裝置1，在該碳刷裝置中，正如前面描述的，兩個碳刷3與 一個可旋轉的相對接觸裝置6，例如換向器協(xié)作。碳刷3在碳刷座15中被徑向引導，其中在 每個碳刷3的頂面12和碳刷座15之間又是各有一個碳刷彈簧13對每個碳刷3加載力，以 沿徑向朝著可旋轉的相對接觸裝置的旋轉軸線4的方向對碳刷3加載力。與在圖1中描述 的實施例不同，在碳刷3之間布置碳刷座15的壁部32，兩個碳刷3在軸向上支撐在該壁部 上。不同于圖1的實施例，因此這里所示的碳刷3不是直接相互支撐，而是通過碳刷座15的 壁部32間接相互支撐。除了前面描述的優(yōu)點之外，該實施方式還提供這樣的優(yōu)點，即，每個 碳刷3被單獨地引導，從而可以利用碳刷3隨時間變化而發(fā)生不同程度的長度改變更好地 補償例如因碳刷3的輕微的材料差異而引起的不同的磨損。不依賴于此，在從接觸面8向 相對接觸面9的轉移中同在圖1中的實施例一樣存在電流密度降低。為了在通過沒有示出 的電流引線19(參見圖1)引入電流后均衡兩個碳刷3之間的電流，上述壁部32優(yōu)選由導 電材料17，特別是金屬18構成。
權利要求
用于電機的碳刷裝置，特別是用于電機的換向器裝置，具有至少兩個碳刷，這兩個碳刷軸向毗鄰布置并且與可旋轉的相對接觸裝置協(xié)作，其特征在于，碳刷(3)形成為直接或間接相互軸向支撐的碳刷(3)。
2.按照權利要求1的碳刷裝置，其特征在于，碳刷(3)軸向相互接觸。
3.按照上述權利要求之一的碳刷裝置，其特征在于，在碳刷(3)之間設有碳刷座(15) 的壁部(32)。
4.按照上述權利要求之一的碳刷裝置，其特征在于，相互接觸的碳刷(3)共同形成形 狀配合連接部(24)、特別是共同形成在周向上作用的形狀配合連接部(24)。
5.按照上述權利要求之一的碳刷裝置，其特征在于，給每個碳刷(3)分配自己的碳刷 彈簧(13)。
6.按照上述權利要求之一的碳刷裝置，其特征在于，碳刷(3)具有共同的碳刷座(15)。
7.按照上述權利要求之一的碳刷裝置，其特征在于，可旋轉的相對接觸裝置(6)是換 向器(7)的薄片。
8.按照上述權利要求之一的碳刷裝置，其特征在于，每個碳刷(3)具有自己的電流引 線(19)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于電機(2)的碳刷裝置(1)，該碳刷裝置具有至少兩個碳刷(3)，這兩個碳刷軸向毗鄰布置并且與可旋轉的相對接觸裝置(6)協(xié)作。根據(jù)本發(fā)明，碳刷(3)形成為直接或間接相互軸向支撐的碳刷(3)。
文檔編號H01R39/38GK101809830SQ200880109150
公開日2010年8月18日 申請日期2008年9月22日 優(yōu)先權日2007年9月30日
發(fā)明者M·拜爾, S·哈特曼 申請人:羅伯特·博世有限公司