專利名稱:用于電機(jī)的帶有彈簧的電刷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種用于電機(jī)的電刷裝置,其具有電刷支架、安裝在電刷支架中且集 成有絞合線的電刷、以及將電刷預(yù)緊抵靠到換向器上的第一彈簧。
背景技術(shù):
電機(jī)(電動機(jī))、直流以及三相電機(jī)具有被預(yù)緊抵靠到換向器上的電刷對。為起動內(nèi)燃機(jī)主要使用機(jī)械換向的直流電動機(jī)(起動器)。電流通過一個(gè)或者多 個(gè)電刷對經(jīng)由換向器導(dǎo)入電樞繞組。這些電刷大多由主要為銅和石墨成分的燒結(jié)材料組 成。電刷因此也稱為碳刷。這些電刷以及換向器在工作時(shí)受到磨損。此外,直流電動機(jī)典 型地為短時(shí)間工作而設(shè)計(jì)并且在正常情況下適用于30-60,000次通斷循環(huán)。如果起動器為更高的負(fù)載和更長的運(yùn)行時(shí)間而設(shè)計(jì),那么表現(xiàn)出較短的使用壽 命。公知的是,使用螺旋彈簧將碳刷壓緊在換向器上。由于起動器的徑向結(jié)構(gòu)空間限制,對 可能的磨損長度有直接影響的碳刷高度和所需的壓緊力之間存在折中關(guān)系。徑向條件對壓 緊力和彈簧剛度C有很強(qiáng)的影響。因此具有確定特性的壓緊力只能以最小的彈簧剛度C來 實(shí)現(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于,改進(jìn)開頭所稱類型的電刷裝置,使重復(fù)起動頻繁且運(yùn)行時(shí)間 較長的電機(jī)具有提高的使用壽命。該目的依據(jù)本發(fā)明通過權(quán)利要求1和2的主題得以實(shí)現(xiàn)。具有優(yōu)點(diǎn)的改進(jìn)方案由 從屬權(quán)利要求給出。本發(fā)明的構(gòu)思是,設(shè)置與第一彈簧并聯(lián)的第二彈簧,該第二彈簧將電刷預(yù)緊抵靠 到換向器上。因此在電刷的換向器上產(chǎn)生盡可能均勻的壓緊力。如依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在每個(gè)碳 刷僅有一個(gè)彈簧的情況下由于壓緊力大部分作用在中心位置而出現(xiàn)的那樣,在高的壓緊力 下碳刷的單位面積壓力不對稱,這依據(jù)本發(fā)明可得到避免。因此也消除碳刷壓緊力由于碳 刷長的軸向長度而不再均勻地在摩擦面上作用的問題。此外,通過將彈簧并聯(lián)地固定在電 刷上,獲得了碳刷軸向運(yùn)動的穩(wěn)定狀態(tài),這些碳刷與采用中心固定的現(xiàn)有技術(shù)相反具有均 勻分布的均勻壓緊力。壓緊力在碳刷的磨損長度內(nèi)的降低程度與由僅一個(gè)螺旋彈簧產(chǎn)生的壓緊力相比 明顯更小。因此可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)在磨損很小情況下更高的通斷次數(shù)和更長的電機(jī)運(yùn)行時(shí)間。依據(jù)本發(fā)明,還有一個(gè)或者多個(gè)彈簧以并聯(lián)方式并排安裝在電刷上。總壓力F(X) 因此如下組成:F總(x) = F1 (χ)+F2 (χ)。依據(jù)另一種主要發(fā)明構(gòu)思,集成在電刷中的絞合線在徑向上與第一彈簧并排設(shè) 置。由于絞合線在徑向上不是與彈簧前后依次設(shè)置,而是并排設(shè)置,加大了電刷的磨損長 度。加大的磨損長度提高了使用壽命并在至少相同的使用壽命下允許電動機(jī)更加頻繁的重 復(fù)起動。絞合線由銅合金制成并壓入電刷內(nèi)。
電刷可能的磨損長度在正常情況下是在徑向上從電刷與換向器的接觸面到純碳 刷預(yù)先規(guī)定的末端的距離。預(yù)先規(guī)定的末端為電刷內(nèi)絞合線直徑開始的徑向高度。依據(jù)本發(fā)明的一種改進(jìn)實(shí)施方式,絞合線在第一彈簧與至少是第二彈簧之間并排 地設(shè)置在電刷的中間突出部內(nèi)。這樣設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)是,電刷的磨損長度的大小最佳和電刷穩(wěn)定地處于電刷支架內(nèi)。具有優(yōu)點(diǎn)的方式是從換向器到至少一條絞合線中心的徑向距離大于到彈簧在電 刷上的支承面的徑向距離。因此加大了磨損長度。為獲得一種盡可能均勻的系統(tǒng),具有優(yōu)點(diǎn)的是使用至少兩個(gè)相同的彈簧,它們的 彈簧剛度的大小基本上相同。因此得出F,e、(X) =F1 (x)+F1 (χ) =2· F1(X)0通過使用兩個(gè)相同的彈簧,可以實(shí)現(xiàn)目前采用的具有彈簧剛度Cwi的串聯(lián)彈簧的 雙倍壓緊力。因此,碳刷在作為起動器使用的電機(jī)的換向器上的更高壓緊力直接實(shí)現(xiàn)了更 高的通斷次數(shù)。因此在總彈簧剛度相同時(shí)得出F總(χ) = C總· χ = F1 (χ) +F1 (χ) = 2 · F1 (χ) = 2 · C1 · χ。實(shí)驗(yàn)中已出人意料地證明了,盡可能恒定的彈簧剛度C對于機(jī)械換向電機(jī)的高的 使用壽命來說是有利的。事實(shí)還已證明具有優(yōu)點(diǎn)的是,彈簧剛度C對存在的結(jié)構(gòu)空間來說盡可能小。依據(jù) 本發(fā)明的一種改進(jìn)實(shí)施方式,第一和第二彈簧的彈簧剛度小于在依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)具有唯一彈 簧(串聯(lián)彈簧)的電刷中的彈簧剛度。利用至少兩個(gè)彈簧,彈簧剛度C因此還可以進(jìn)一步 降低,這一點(diǎn)利用唯一的彈簧由于生產(chǎn)條件是不可能實(shí)現(xiàn)的。利用至少兩個(gè)并聯(lián)設(shè)置的彈 簧還可以產(chǎn)生滿足彈簧剛度C條件的更強(qiáng)的壓緊力。通過兩個(gè)相同彈簧相組合的優(yōu)化條件 是,彈簧剛度C1與傳統(tǒng)彈簧的彈簧剛度C的關(guān)系為2 · C1 < C串聯(lián)。以組合的方式提供在碳刷的預(yù)緊狀態(tài)下全部所需的壓緊初始力的兩個(gè)彈簧的初 始力的平分可以取得與在利用一個(gè)彈簧的情況下相同的初始條件。依據(jù)本發(fā)明的一種改進(jìn)實(shí)施方式,第一和第二彈簧的尺寸小于具有唯一彈簧的電 刷裝置的彈簧尺寸。至少兩個(gè)彈簧的直徑更小,厚度更薄并因此實(shí)現(xiàn)一個(gè)彈簧的初始力的 平分,以滿足條件2 · C1 < Ciiio通過降低電刷裝置中的總彈簧剛度(^,因此可獲得在電 刷裝置的使用壽命內(nèi)更加穩(wěn)定的性能。因此,與具有唯一的串聯(lián)彈簧的電刷裝置中的彈簧 剛度相比,每個(gè)單個(gè)彈簧的最小彈簧剛度C1可成本更加低廉且更加簡單地實(shí)現(xiàn)。有利地,電刷裝置是為電機(jī)的總使用壽命而設(shè)計(jì)。為在電機(jī)的使用壽命結(jié)束后可 以維護(hù)電機(jī),電刷裝置被設(shè)計(jì)成在電機(jī)內(nèi)是可更換的。不言而喻,前面所述和后面還要介紹的特征不僅可按照各自所提出的組合,而且 也可按照其他組合應(yīng)用。
下面借助附圖的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。其中圖1示出電刷裝置的示意側(cè)視圖;圖2示出電刷裝置的示意俯視圖;圖3示出具有與彈簧并排的絞合線的電刷裝置的示意側(cè)視圖;圖4示出電刷裝置的行程_力圖。
具體實(shí)施方式
圖1示出用于電機(jī)(例如作為汽車內(nèi)燃機(jī)的起動器使用的機(jī)械換向直流電動機(jī)) 的依據(jù)本發(fā)明的電刷裝置ι的示意側(cè)視圖。電刷裝置1包括電刷支架2,電刷3安裝在電刷 支架中。電刷3由石墨成分高的材料制成并因此也稱為碳刷。電刷3借助電刷裝置2的第 一和第二彈簧4、5被壓靠到旋轉(zhuǎn)的換向器6上并因此被預(yù)緊。第一和第二彈簧4、5在徑向 上彼此并聯(lián)設(shè)置。在一種特殊的實(shí)施方式中,彈簧具有相同的彈簧剛度C1并被設(shè)計(jì)成具有 相同的尺寸,如彈簧絲的直徑、長度和強(qiáng)度。在另一種特殊的實(shí)施方式中,如果需要承受軸 向載荷,兩個(gè)彈簧4、5也可以具有不同的彈簧剛度C。第一和第二彈簧4、5為螺旋彈簧。圖2示出圖1所示的電刷裝置1的示意俯視圖。在電刷支架2中并聯(lián)地安裝有大 小相同的彈簧4、5,它們確保電刷3配合在換向器6上的均勻壓緊特性。圖3示出具有另一種重要發(fā)明構(gòu)思的依據(jù)本發(fā)明的電刷裝置1的示意側(cè)視圖,依 據(jù)該發(fā)明構(gòu)思,電刷3的絞合線7在徑向上不像傳統(tǒng)那樣與彈簧4、5順次設(shè)置,也就是布置 成一排,而是與第一彈簧4和第二彈簧5并排設(shè)置。絞合線7如圖3所示壓入電刷3的中 間突出部8內(nèi)。通過絞合線7與彈簧4、5并排設(shè)置,形成附加的磨損長度,其在圖3中采用軸向線 條作為磨損極限Vei抽象地示出。與此相比,虛線表示在徑向上位于彈簧5前面的絞合線9, 正如它例如在現(xiàn)有技術(shù)中被安裝并因此形成磨損極限那樣。在邊界條件不變的情況 下,磨損長度的增加直接導(dǎo)致?lián)Q向系統(tǒng)和起動器更長的使用壽命。圖4示出用于電刷裝置的彈簧的包含彈簧特性曲線的行程-力圖。最上面的彈簧 特性曲線I示出在依據(jù)本發(fā)明使用具有低彈簧剛度C1的兩個(gè)彈簧時(shí)隨彈簧長度Lf變化的 標(biāo)準(zhǔn)彈簧力Fn。該圖表明,彈簧力在更大的彈簧長度上略有下降。在曲線I下面示出了傳統(tǒng)單個(gè)彈簧的彈簧特性曲線II,正如它被安裝在依據(jù)現(xiàn)有 技術(shù)的電刷裝置中那樣。彈簧力Fn在更大的彈簧長度Lf下,也就是在電刷3的更大磨損 下,比在采用具有低彈簧剛度C的兩個(gè)并聯(lián)設(shè)置的彈簧4、5的情況下更強(qiáng)烈地下降。彈簧特性曲線III示出與單個(gè)彈簧4或5的隨彈簧長度Lf變化的標(biāo)準(zhǔn)彈簧力FN, 正如它被安裝在依據(jù)本發(fā)明的電刷裝置1中的那樣。通過使用將電刷3壓緊在換向器6上 的至少兩個(gè)并聯(lián)設(shè)置的彈簧4、5,在機(jī)械換向的電機(jī)中重復(fù)起動頻繁且運(yùn)行時(shí)間更長的情 況下獲得盡可能高的均勻壓緊力。所有附圖僅示出未按比例的示意圖。此外,要特別參閱對于本發(fā)明來說是重要的 圖示。
權(quán)利要求
用于電機(jī)的電刷裝置(1),其具有電刷支架(2)、安裝在電刷支架中且集成有絞合線(7)的電刷(3)、以及將電刷(3)預(yù)緊抵靠到換向器(6)上的第一彈簧(4),其特征在于,設(shè)有與第一彈簧(4)并聯(lián)的至少一個(gè)第二彈簧(5),該第二彈簧將電刷(3)預(yù)緊抵靠到換向器(6)上。
2.特別是按前述權(quán)利要求所述的用于電機(jī)的電刷裝置(1),其具有電刷支架(2)、安裝 在電刷支架中且集成有絞合線(7)的電刷(3)、以及將電刷(3)預(yù)緊抵靠到換向器(6)上的 第一彈簧(4),其特征在于,絞合線(7)與第一彈簧(4)并排設(shè)置。
3.按前述權(quán)利要求所述的電刷裝置(1),其特征在于,絞合線(7)在第一彈簧與第二彈 簧(5)之間并排地設(shè)置在電刷(3)的中間突出部⑶內(nèi)。
4.按前述權(quán)利要求之一或兩項(xiàng)所述的電刷裝置(1),其特征在于,從換向器(6)到絞合 線(7)中心的徑向距離大于到第一彈簧⑷和第二彈簧(5)在電刷(3)上的支承面的徑向 距離。
5.按權(quán)利要求1所述的電刷裝置(1),其特征在于,第一彈簧和第二彈簧(5)的彈簧剛 度(C1)的大小基本相同。
6.按權(quán)利要求1或2所述的電刷裝置(1),其特征在于,第一彈簧和第二彈簧(5)的彈 簧剛度(C1)小于在具有一個(gè)彈簧的電刷裝置(1)中的彈簧剛度。
7.按前述權(quán)利要求之一或多項(xiàng)所述的電刷裝置(1),其特征在于,第一彈簧和第二彈 簧(5)的尺寸小于在具有一個(gè)彈簧的電刷裝置(1)中的彈簧尺寸。
8.按前述權(quán)利要求之一或多項(xiàng)所述的電刷裝置(1),其特征在于,電刷裝置(1)是可更 換的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于電機(jī)的電刷裝置(1),其具有電刷支架(2)、安裝在電刷支架中且集成有絞合線(7)的電刷(3)、以及將電刷(3)預(yù)緊抵靠到換向器(6)上的第一彈簧(4)。為在重復(fù)起動頻繁和運(yùn)行時(shí)間較長的電機(jī)中取得高的使用壽命,設(shè)有與第一彈簧(4)并聯(lián)的至少一個(gè)第二彈簧(5),該第二彈簧將電刷(3)預(yù)緊抵靠到換向器(6)上。
文檔編號H01R39/38GK101842945SQ200880113109
公開日2010年9月22日 申請日期2008年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月24日
發(fā)明者M·拜爾, W·格施維茨 申請人:羅伯特·博世有限公司