專(zhuān)利名稱(chēng)：用于在電機(jī)中傳輸電流的換向器的制作方法
用于在電機(jī)中傳輸電流的換向器本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1的前序部分所述的、用于在電機(jī)中傳輸電流的換向器。
現(xiàn)有技術(shù)為了將電流傳輸?shù)叫D(zhuǎn)地支承在定子中的電樞上以及為了在短路的電樞線圈中進(jìn)行電流換向而使用換向器，所述換向器由電樞側(cè)的集電器以及貼靠在集電器上的碳電刷 (Kohleburste)構(gòu)成。殼體固定的碳電刷貼靠在旋轉(zhuǎn)的集電器的殼面上，其中換向器組件的材料特性對(duì)從碳電刷到集電器上的電流傳輸率、以及對(duì)尤其是碳電刷的磨損具有重要的影響。由DE 40 25 367 C2已知一種用于小型電動(dòng)機(jī)的填充金屬的碳電刷，所述碳電刷設(shè)計(jì)成燒結(jié)構(gòu)件并且由純凈的石墨粉末構(gòu)成，所述石墨粉末與金屬粉末混合、進(jìn)行擠壓成型并且接下來(lái)進(jìn)行燒結(jié)。本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，如此構(gòu)造一種在電機(jī)中的換向器，使得一方面確保高的電流傳輸并且另一方面確保高的使用壽命。所述目的根據(jù)本發(fā)明利用權(quán)利要求1所述的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求給出了有利的改進(jìn)方案。根據(jù)本發(fā)明的換向器用于在電機(jī)中、尤其是在電動(dòng)機(jī)中進(jìn)行電流傳輸和電流換向，其中不僅考慮在直流電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用而且還考慮在交流電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用。這種類(lèi)型的換向器例如能夠在內(nèi)燃機(jī)用的直流起動(dòng)電動(dòng)機(jī)中使用，所述直流起動(dòng)電動(dòng)機(jī)或者以電的方式實(shí)施或者設(shè)計(jì)成永久勵(lì)磁的電動(dòng)機(jī)，并且不僅能夠用于汽油機(jī)而且能夠用于柴油機(jī)。此外，例如考慮用于內(nèi)燃機(jī)的起停系統(tǒng)或者用作在混合動(dòng)力車(chē)輛中的電機(jī)。其它的使用可能性是電驅(qū)動(dòng)裝置，尤其是作為車(chē)輛中例如用于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻、車(chē)輛空氣調(diào)節(jié)的伺服電動(dòng)機(jī)或者作為刮水器電動(dòng)機(jī)。此外，還能夠使用在電動(dòng)工具用的電動(dòng)機(jī)中。也可以考慮應(yīng)用在具有較高的牢固性和使用壽命的三相交流發(fā)電機(jī)和滑環(huán)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī) (Schleifringiaufer-Asynchronmotor)中。換向器包括電樞側(cè)的集電器以及至少一個(gè)貼靠在集電器上的、殼體固定的電刷， 所述集電器固定地與電機(jī)的電樞聯(lián)接，通過(guò)所述電刷將電流傳輸?shù)郊娖魃弦杂糜跒殡姌芯€圈通電流。換向器的至少一個(gè)傳輸電流的構(gòu)件設(shè)計(jì)成具有滲透的金屬的、多孔的陶瓷體。 所述多孔的陶瓷體為預(yù)制體(Preform)，所述預(yù)制體在制造過(guò)程期間例如借助于氣壓滲透或者借助于擠壓制造技術(shù)(Squeeze-Cast-Technologie)以熔融的金屬進(jìn)行滲透。因此，換向器的以這種方式構(gòu)成的傳輸電流的構(gòu)件由金屬陶瓷復(fù)合材料構(gòu)成，所述金屬陶瓷復(fù)合材料設(shè)計(jì)成基于預(yù)制體的材料(P-MMC)或者以這種方式制造。在復(fù)合材料中的陶瓷份額引起了高的耐磨性和耐腐蝕性，此外還實(shí)現(xiàn)了高的耐熱性(在使用銅(Cu)作為金屬組成部分時(shí)直到800°C )。陶瓷組成部分減少了在電刷與集電器殼面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)期間的摩擦，從而提高了耐磨性。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，具有復(fù)雜的幾何形狀的較大的構(gòu)件也可以完全地并且無(wú)裂縫地以金屬進(jìn)行滲透。由此，不僅電刷而且集電器能夠以分別期望的幾何形狀進(jìn)行制造。在根據(jù)本發(fā)明的換向器中，至少一個(gè)換向器構(gòu)件、一個(gè)或多個(gè)電刷和/或集電器由金屬陶瓷復(fù)合材料以多孔的、具有滲透的金屬的陶瓷體制成。不僅考慮下述實(shí)施方案，其中僅電刷或者僅集電器或者不僅電刷而且集電器由金屬陶瓷復(fù)合材料制成。對(duì)于不僅電刷而且集電器由復(fù)合材料構(gòu)成的情況來(lái)說(shuō)，不僅能夠使用相同的復(fù)合材料也能夠使用不同的復(fù)合材料用于電刷和集電器，或者還使用陶瓷份額與金屬份額的相同的或不同的混合比例。氧化物、氮化物或碳化物、例如A1203、A1N、TiN, Si3N4, SiC或者硅滲透的SiC被考慮作為陶瓷組成部分。作為金屬組成部分優(yōu)選使用高傳導(dǎo)性的材料，尤其是銅或者銅合金， 然而也可以是銀、金、鋁、鐵、錫以及其合金。此外，能夠按需要添加潤(rùn)滑材料以及研磨材料。設(shè)計(jì)成多孔的、具有滲透的金屬的陶瓷體的復(fù)合材料由于其接合構(gòu)件的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)除了源于陶瓷份額的耐磨性、耐熱性以及耐腐蝕性之外還具有高的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。 通過(guò)陶瓷份額的變化能夠產(chǎn)生在大約0.05 μ Ωπι到1015Ωπι之間的比電阻或者說(shuō)電阻率或者說(shuō)特種電阻。能夠有利地制造具有多個(gè)功能層的電刷，所述功能層分別以金屬陶瓷復(fù)合材料來(lái)制造，然而具有不同的金屬份額或者陶瓷份額。在這些功能層之間的過(guò)渡可選擇地能夠是分散的或連續(xù)的。電刷例如構(gòu)造有兩個(gè)具有不同的金屬份額的層，其中沿相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向位于前面的層作為功率層與沿相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向位于后面的、形成換向?qū)拥膶酉啾染哂懈叩慕饘俜蓊~和更高的電流傳輸率。在換向?qū)又邢鄬?duì)更高的陶瓷份額能夠通過(guò)高的切向阻力(tangentialer Widerstand)實(shí)現(xiàn)換向并且減少在電刷的流出邊緣上產(chǎn)生的火花形成 (Funkenbildung)。對(duì)于高電流傳輸率來(lái)說(shuō)有利地是，具有較大金屬份額的功率層與換向?qū)酉啾染哂懈蟮慕佑|橫截面、尤其是具有沿運(yùn)動(dòng)方向觀察更大的厚度、必要時(shí)也具有橫向于運(yùn)動(dòng)方向的更大的寬度。功率層的更大的接觸面允許更大的電流傳輸率。有利地，集電器也由具有較高的金屬份額的復(fù)合材料制成，所述復(fù)合材料能夠?qū)崿F(xiàn)高電流傳輸率。由其制造集電器的復(fù)合材料能夠與在電刷中的功率層的復(fù)合材料至少大致相同地構(gòu)造，但所述制造集電器的復(fù)合材料與換向?qū)酉啾扔欣鼐哂懈叩慕饘俜蓊~。作為其它的實(shí)施方式特征，集電器的芯能夠?yàn)槊芊獾奶沾傻慕^緣體。為此，陶瓷的預(yù)制體以下述方式構(gòu)成即，集電器的之后的滑動(dòng)面(Lauffmche )由金屬和陶瓷的可自由選擇的組合物(Zusammensetzimg)構(gòu)成。在此，軸向地沿著集電器的區(qū)段能夠使用陶瓷份額與金屬份額的不同的混合比例，以便制造用于電樞繞組的電觸點(diǎn)。此外，能夠有利地將在電刷上的依賴(lài)于制造的包鑄件作為電刷板使用，在所述電刷板上借助硬的或者柔性的電導(dǎo)體(例如線纜)實(shí)現(xiàn)電觸點(diǎn)接通。包鑄件是至少部分地覆蓋陶瓷體的表面的層，該層作為底板能夠用于固定和接觸在電刷中的層。其它優(yōu)點(diǎn)和有利的實(shí)施方式由其它權(quán)利要求、圖示說(shuō)明以及附圖獲悉。附圖示出

圖1示出了在電機(jī)中的換向器的透視圖，所述換向器包括電樞側(cè)的集電器和兩個(gè)相反對(duì)置的、接觸集電器殼面的電刷；
圖2示出了電刷的剖面圖，所述電刷由金屬的電刷板和兩個(gè)層構(gòu)成，所述兩個(gè)層分別由金屬陶瓷復(fù)合材料構(gòu)成并且設(shè)計(jì)成多孔的、具有滲透的金屬的陶瓷體；圖3示出了集電器的剖面圖，所述集電器的區(qū)段同樣設(shè)計(jì)成多孔的、具有滲透的金屬的陶瓷體。在圖1中示出的換向器1用于在電機(jī)、例如電動(dòng)機(jī)或者發(fā)電機(jī)中進(jìn)行電流傳輸和電流換向，并且該換向器包括柱形的集電器2，所述集電器不可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地與電機(jī)的電樞連接，其可旋轉(zhuǎn)地支承在定子中；所述換向器還包括電刷3，所述電刷以接觸的方式貼靠在柱形的集電器2的徑向外部的殼面上或在盤(pán)形滾動(dòng)面(Scheibenlaufflache)上，并且通過(guò)線纜4導(dǎo)入到電刷3中的電流傳輸?shù)郊娖?上。集電器2必要時(shí)也能夠以盤(pán)形的方式構(gòu)成。其它的接通觸點(diǎn)(Kontaktireung)、例如金屬帶或者壓縮彈簧(Andruckfeder)同樣是可能的。在圖1中，換向器1具有兩個(gè)相反地對(duì)置的電刷3。然而原則上也可以考慮具有更多電刷數(shù)量、例如四個(gè)或六個(gè)電刷的換向器。集電器2具有多個(gè)單個(gè)的、沿周向分開(kāi)的區(qū)段5，所述區(qū)段與電樞線圈電連接。在電樞或者集電器2沿旋轉(zhuǎn)方向6的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，集電器的殼面沿著電刷3的朝向的端面滑動(dòng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)從電刷3到集電器2的區(qū)段5上的電流傳輸。在圖2中示出了電刷3的剖面。電流通過(guò)線纜4或者類(lèi)似的(verglei(Abar)接通觸點(diǎn)必要時(shí)輸送到電刷板7中，該電刷板為底板(Fuiiplatte)并且與電刷的兩個(gè)層8和 9連接，所述兩個(gè)層設(shè)計(jì)成功率層8和換向?qū)?。關(guān)于在集電器與電刷之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，功率層8位于前面，并且換向?qū)?位于后面，相應(yīng)地利用8a表示電刷3的流入邊緣(前邊緣) 并且利用9a表示電刷3的流出邊緣(后邊緣)。在電刷與集電器之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，功率層8在換向?qū)?之前與集電器2上的各個(gè)緊接著的區(qū)段5進(jìn)行接觸。電刷3的端側(cè)的接觸面具有附圖標(biāo)記10，該接觸面與集電器的殼面接觸。電刷3的兩個(gè)層8和9由金屬陶瓷復(fù)合材料構(gòu)成并且設(shè)計(jì)成多孔的、 具有滲透的金屬的陶瓷體(基于預(yù)制體的金屬基復(fù)合材料(Preform-based Metal-Matrix-Composite-P-MMC))。在此涉及一種多孔的、陶瓷的預(yù)制體(Preform)，所述預(yù)制體優(yōu)選以壓力支持的方式借助于氣壓滲透或者借助于擠壓鑄造技術(shù)以熔融的金屬進(jìn)行滲透。適合地，前面的功率層8比后面的換向?qū)?具有更大的接觸橫截面，從而在接觸面 10的區(qū)域中，功率層8通過(guò)比換向?qū)?更大的面觸及集電器的殼面。所述更大的接觸橫截面特別是通過(guò)功率層8沿相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向測(cè)量的更大的寬度或者厚度獲得。在該實(shí)施例中， 功率層8的厚度大約是換向?qū)?的厚度的兩倍。電刷板7能夠構(gòu)造成包鑄件(Umguss)，在其上借助于線纜4或者其它觸點(diǎn)形成電接觸，所述包鑄件在澆鑄過(guò)程期間在將熔融的金屬引入到多孔的陶瓷預(yù)制體中時(shí)形成。所述包鑄件是在陶瓷體外側(cè)面上的金屬層并且由與引入到陶瓷體中的金屬相同的材料制成。 氧化物、氮化物或者碳化物被考慮作為陶瓷組成部分(Keramikkomponente)，優(yōu)選使用銅或者銅合金作為金屬。然而還考慮其它的高傳導(dǎo)能力的金屬，例如銀、金、鋁、鐵、錫以及其合金作為金屬組成部分。功率層8和換向?qū)?在其陶瓷份額或者金屬份額方面是不同的。功率層8與換向?qū)?相比具有更高的金屬份額，這改善了功率層8的導(dǎo)電能力。同時(shí)換向?qū)?由于更高的陶瓷份額是非常耐磨損和耐高溫的。此外，由于更高的陶瓷份額降低了在流出邊緣9a的區(qū)
5域中的火花形成。 在圖3中以截面圖示出了集電器2。在集電器2的外側(cè)面上的、沿周向分別相互分開(kāi)的區(qū)段5同樣由形式為多孔的具有滲透的金屬的陶瓷體(P-MMC)的金屬陶瓷復(fù)合材料制成。
權(quán)利要求
1.用于在電機(jī)中傳輸電流的換向器，所述換向器具有電樞側(cè)的集電器O)以及至少一個(gè)貼靠在所述集電器( 上的電刷(3)，其特征在于，所述換向器(1)的至少一個(gè)傳輸電流的構(gòu)件(2，3)構(gòu)造成多孔的、具有滲透的金屬的陶瓷體(P-MMC)。
2.按權(quán)利要求1所述的換向器，其特征在于，所述電刷(3)由具有滲透的金屬的陶瓷體制成。
3.按權(quán)利要求2所述的換向器，其特征在于，所述電刷(3)的電刷板(7)由包鑄件形成，所述包鑄件在金屬到所述陶瓷體中的澆鑄過(guò)程中產(chǎn)生。
4.按權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的換向器，其特征在于，所述集電器(2)至少部分地構(gòu)造成具有滲透的金屬的陶瓷體。
5.按權(quán)利要求4所述的換向器，其特征在于，所述集電器O)的芯(11)設(shè)計(jì)成陶瓷的絕緣體，所述芯是區(qū)段(5)的支架，所述區(qū)段構(gòu)造為具有滲透的金屬的陶瓷體。
6.按權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的換向器，其特征在于，所述換向器⑴的傳輸電流的構(gòu)件(2，；3)具有至少兩個(gè)層(8，9)，所述兩個(gè)層具有在金屬陶瓷復(fù)合材料中不同的金屬/ 陶瓷份額。
7.按權(quán)利要求2和6所述的換向器，其特征在于，所述電刷C3)包括兩個(gè)具有不同的金屬份額的層(8，9)，并且關(guān)于在所述集電器⑵與所述電刷(3)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，前面的層作為功率層(8)與形成換向?qū)?9)的后面的層相比具有更高的金屬份額。
8.按權(quán)利要求7所述的換向器，其特征在于，所述功率層(8)與所述換向?qū)?9)相比具有更大的接觸橫截面，所述電刷( 利用所述接觸橫截面與所述集電器( 進(jìn)行接觸。
9.按權(quán)利要求2，4和7所述的換向器，其特征在于，在所述集電器( 中的金屬份額至少大致與在所述電刷(3)中的功率層(8)的金屬份額相同。
10.按權(quán)利要求2，4和7所述的換向器，其特征在于，在所述集電器O)中的金屬份額與在所述電刷(3)中的換向?qū)?9)中的金屬份額相比更大。
11.按權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的換向器，其特征在于，所述陶瓷組成部分由氧化物、氮化物或者碳化物構(gòu)成。
12.按權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的換向器，其特征在于，所述金屬組成部分由銅或者銅合金構(gòu)成。
13.具有按權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的換向器的電機(jī)。
全文摘要
一種用于在電機(jī)中傳輸電流的換向器，所述換向器具有電樞側(cè)的集電器以及至少一個(gè)貼靠在集電器上的電刷。換向器的至少一個(gè)傳輸電流的構(gòu)件構(gòu)造成多孔的、具有滲透的金屬的陶瓷體。
文檔編號(hào)H01R39/02GK102576968SQ201080045351
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者A·溫克爾曼, J·格勒, M·拜耶 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司