專利名稱：用于電機的換向器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于電機的換向器，其包括一用絕緣的模壓塑料制的支承體、多個繞換向器軸線均勻排列在支承體上的金屬導體段以及一抗干擾裝置，這些金屬導體段帶有設在它上面用于轉子繞組的一些連接元件，并與該抗干擾裝置導電連接。該抗干擾裝置包括一些在數(shù)量上與導體段的數(shù)量相等的單個抗干擾元件，其中，所述導體段具有一些接觸舌片，它們分別遠離其根部在所屬的接觸點與兩個相鄰抗干擾元件的相鄰接觸極連接。
不同結構方式的換向器(滾筒式換向器、平面換向器)已知各種各樣的設計。越來越多的換向器，尤其在它們設計為滾筒式換向器的情況下，配備用于抑制火花的裝置，以防止由于在換向器上發(fā)生火花而損壞在空間上鄰近該電機所設置的電子部件。
這種抗干擾裝置迄今廣泛設計為用一種存在的電阻取決于電壓的材料制的環(huán)形抗干擾盤，它們與導體段導電連接。這種相應的抗干擾盤一方面可以沿徑向設在電刷接觸面外部(例如參見US 5895990A、US 5717270A、GB 2183933A和US 5796203A)，或另一方面可以沿徑向設在電刷接觸面內部(例如參見US 6285106B1和DE 19953231A1)。此外已知一些抗干擾的滾筒式換向器特殊形式，其中導體段設在圓柱形抗干擾套筒的外面(參見DE2055648和DE 3614869C2)。EP 364292B1介紹了一種滾筒式換向器，它有一個用熱塑性材料制的支承體，在支承體中沿徑向在接線片下方設一耐熱的增強環(huán)，它有一個抗干擾層或與增強環(huán)相鄰可裝一單獨的抗干擾環(huán)；在這種情況下增強環(huán)與可能補充設置的單獨抗干擾環(huán)一樣，裝在支承體的一個支座上，在那里它通過從導體段伸出的接片固定。
與抗干擾盤的具體布局無關，在所有的其抗干擾裝置包括一環(huán)形抗干擾盤的換向器中，存在的缺點都是抗干擾裝置昂貴的費用。因為通常用于制成此類抗干擾盤的陶瓷材料非常貴；以及，在生產(chǎn)抗干擾盤時，亦即從多層金屬-陶瓷板切割出抗干擾盤時會產(chǎn)生大量廢料。
此外，已知的使用抗干擾盤抗干擾的滾筒式換向器，對于許多實際的應用，由于可供該換向器使用的空間有限，只能考慮具有沿徑向設在電刷接觸面內部的抗干擾盤的緊湊的滾筒式換向器。此類有沿徑向設在電刷接觸面內部的抗干擾環(huán)的滾筒式換向器另一個問題，源自于通常用陶瓷材料制的抗干擾盤與所涉及換向器的其余部件相比不同的熱膨脹特性。也就是說，如果不采取特殊的預防措施，相應的熱應力會導致?lián)Q向器由于抗干擾盤破碎和/或導體段與抗干擾盤連接的破壞而提前失效。為了解決此問題，在DE 19953231A1中建議，抗干擾盤用一種彈性膠粘劑與支承體連接，以及將導體段通過細線與抗干擾盤連接，細線一方面焊在所屬導體段的接線片上，以及另一方面焊在抗干擾盤的一個所屬的金屬化區(qū)上。與之相對，按US 6285106B1，它公開了一種按此類型的滾筒式換向器，為了導體段與抗干擾盤的電觸點接通采用一些板簧，它們設在環(huán)形空腔的內部，此空腔以支承體、導體段和一個環(huán)形的蓋為界以及在此空腔內也裝有抗干擾盤。允許抗干擾盤為一方以及其余換向器構件為另一方沿徑向不同熱防護的板簧，在這里尤其可以固定在環(huán)形的蓋上。
上述兩種受人賞識的分別有一個沿徑向裝在導體段內部的抗干擾盤的已知滾筒式換向器存在的突出缺點，尤其是與相應的滾筒式換向器的競爭能力相對立的高的生產(chǎn)成本，這尤其在按EP 364292B1的換向器的情況下，除了抗干擾盤高的制造費用外(見上文)，關鍵還在于要組合的構件數(shù)量多。此外，在按EP 364292B1的滾筒式換向器中還有一個缺點，即，在導體段和在抗干擾盤上的觸點接通僅僅基于板簧的支承力并不是持續(xù)可靠的，例如由于腐蝕可能破壞觸點接通。
DE 4338345A1公開了一種帶有一抗干擾裝置的上述類型的換向器被設計為滾筒式換向器，它包括一個個嵌入支承體內的抗干擾元件。在這里每個導體段通過兩個用于穩(wěn)定所涉及導體段位置的嵌入支承體內的支桿，連接在各兩個彼此相鄰的抗干擾元件上。雖然這種換向器成本不如在上面早已說明的換向器由于制備環(huán)形抗干擾盤所帶來的成本那么高，但按DE4338345A1的換向器由于上面早已說明的各種材料不同的熱膨脹特性，導體段與抗干擾元件觸點接通的壽命可以預料是有限的。
基于上面已說明的先有技術，本發(fā)明的目的在于提供一種長壽命且能可靠地抗干擾的換向器，它可用低的生產(chǎn)投入低成本地制成，與此同時特別優(yōu)選地應能制成一種基本上與基本參數(shù)相同但不抗干擾的換向器尺寸相同的抗干擾的換向器。
按本發(fā)明為達到此目的采取的措施是，在按此類型的換向器中，所述接觸舌片設計為有彈性，以及分別在其根部與其接觸點之間的區(qū)域內和與之相鄰的換向器剛性結構部分分開，使得在此區(qū)域內能由于熱膨脹改變各接觸舌片相對于分別與之相鄰的換向器剛性結構部分的位置。
因此按本發(fā)明的換向器第一項特征是，抗干擾裝置沒有包括環(huán)形的抗干擾盤，而是包括一些在數(shù)量上與導體段的數(shù)量相對應的單個抗干擾元件；這些作為多層電容器尤其可以有長方六面體形狀的單個抗干擾元件，可以用多層金屬-陶瓷板沒有任何下腳料地制成，并因而成本特別低。此外，按本發(fā)明的換向器的特征在于，作為導體段整體的組成部分的，亦即與導體段的其他區(qū)域制成一體的接觸舌片，用于導體段與抗干擾元件的直接觸點接通；因此按本發(fā)明的換向器沒有單獨的、附加的、如按先有技術尤其以線和板簧的形式設置用于導體段與抗干擾盤觸點接通的構件。在這里接觸舌片與各兩個相鄰抗干擾元件接觸極的“連接”，指的是任何導電的觸點接通；尤其是并非必須采用單獨的連接材料，例如焊料。整體地成形在導體段上的接觸舌片與抗干擾元件直接和立即觸點接通并且不對換向器的壽命產(chǎn)生有害的作用，在這里之所以可行是由于各接觸舌片為了補償各換向器構件不同的熱膨脹特性可以變形。接觸舌片的變形能力一方面源于其彈性的設計，其中，接觸舌片與抗干擾元件在那里連接的接觸點設在遠離接觸舌片根部的地方，接觸舌片在根部被靜態(tài)夾緊地過渡到導體段的相鄰區(qū)內，以及另一方面源于接觸舌片與相鄰結構部分分開，所以相鄰結構部分不妨礙自由的膨脹補償。尤其是，在按本發(fā)明的換向器中，在這方面，令彈性的接觸舌片在其沿徑向的內表面處，相對于相鄰的沿徑向處于接觸舌片內部的結構部分以這樣的方式分開，即，使其離所涉及的結構部分的間距能由于熱膨脹而改變。所述的彈性接觸舌片相對于換向器相鄰的其余結構部分分開，在這里尤其可以包括將接觸舌片自由地安置在支承體相應的凹槽內部，使得接觸舌片除了其根部和其接觸點外均被空氣圍繞；當然也可考慮將彈性接觸舌片全部或部分埋入一種彈性的材料內。由于彈性接觸舌片與換向器沿徑向在內部的相鄰的剛性結構部分分開，接觸舌片可以根據(jù)各結構部分當時的熱膨脹，保持相對于沿徑向在內部與它相鄰的剛性結構部分，尤其相對于由模壓塑料構成的支承體，或多或少大的徑向距離。此外，由于接觸舌片的這種可變形能力，使作用在接觸舌片與抗干擾元件固定地連接的區(qū)域內的應力，減少到不可能損壞此連接的程度。因此，接觸舌片尤其可借助簡單的釬焊或導電的粘結，在接觸點區(qū)域內與抗干擾元件持久地連接。
由此可以看出，采用本發(fā)明由于將按本發(fā)明的換向器的特征與最低生產(chǎn)成本相結合，所以可以制成非常便宜、壽命長和緊湊的抗干擾換向器。
按本發(fā)明的換向器第一項優(yōu)選的進一步發(fā)展，抗干擾元件設計為長方六面體形狀的多層電容器以及沿等邊多邊形的棱邊繞換向器軸線排列，確切地說，恰當?shù)胤謩e布置在兩個彼此相鄰的導體段之間的空隙處。這有利于得到尤其工藝簡單和因而成本低廉地制成的按本發(fā)明的換向器。
按另一項優(yōu)選的進一步發(fā)展，在按本發(fā)明的換向器中彈性接觸舌片沿周向計量的寬度小于導體段的寬度。也優(yōu)選地接觸舌片的長度比其寬度大得多，以及它的寬度又比接觸舌片的厚度大。這一方面有利于接觸舌片的彈性；此外以此方式抗干擾元件得到有利的安裝條件，使接觸舌片分別在兩個彼此相鄰的抗干擾元件的接觸極之間聳起，以及與所屬的接觸極一起按如下所述構成一個相連的接觸區(qū)，即，接觸舌片分別跨接兩個相鄰抗干擾元件接觸極之間的空隙。
作為本發(fā)明基礎的這種設計方案可有利地在不同結構形式的換向器(滾筒式換向器、平面換向器)中實現(xiàn)，而當換向器設計為有圓柱形電刷接觸面的滾筒式換向器的情況下采用本發(fā)明可獲得的優(yōu)點特別突出。尤其在按本發(fā)明的這種設計為滾筒式換向器的換向器中，按本發(fā)明的一項特別優(yōu)選的進一步發(fā)展，接觸舌片從導體段的內部徑向面岔出。因此，在電刷接觸面沿軸向超出抗干擾裝置延伸時得到一種特別緊湊的結構形式。
對于接觸舌片與抗干擾元件在其接觸極區(qū)域內的導電連接而言存在不同的可能性。特別優(yōu)選的是將接觸舌片釬焊在所屬干擾元件的接觸極上。但有利地也可以使用導電的粘結。在特別的前提條件下甚至可以設想，舍棄單獨的連接材料，如焊料或膠粘劑，以及接觸舌片與抗干擾元件的導電的觸點接通僅僅基于接觸舌片被預緊地支靠在抗干擾元件接觸極上實現(xiàn)。
在連接元件的設計方面，本發(fā)明再一項優(yōu)選的進一步發(fā)展的特征在于，連接元件設計為接線片，在換向器設計為滾筒式換向器的情況下，它們設在換向器與抗干擾裝置處于相對位置的那個端側的區(qū)域內。在這種情況下，在將轉子繞組焊在接線片上的過程中破壞接觸舌片與抗干擾元件連接的危險性最小。
為了持久地穩(wěn)定它們的位置，抗干擾元件特別優(yōu)選地分別裝入支承體的一個沿軸向沉入支承體中的安裝座內。這樣一個安裝座的界壁，為了支承所涉及的抗干擾元件，沿徑向、沿周向和沿軸向與抗干擾元件的徑向內和外表面、兩個側面和一個端面相對。在這里，安裝座特別優(yōu)選地沿徑向在里面和沿周向分別以一個帶肋環(huán)為界，以及沿徑向在外面以支承體的模壓塑料突起為界。然而抗干擾元件的側面只是被帶肋環(huán)的肋部分地覆蓋，以提供足夠的空間用于接觸舌片在抗干擾元件上的導電連接。
上面說明的帶肋環(huán)可尤其延長形成一帶肋套筒，它在換向器配置抗干擾裝置的那個端側明顯地從抗干擾元件伸出，其中，帶肋套筒的徑向尺寸等于或小于帶肋環(huán)的徑向尺寸。相應的帶肋套筒構成用磁化材料制成的用于檢測轉子電樞角向位置的環(huán)形元件的支座，環(huán)形元件尤其用鐵氧體、稀土元素或半鈷組成。按本發(fā)明另一項優(yōu)選的進一步發(fā)展，取代一個帶肋套筒，用磁化材料制的環(huán)形元件也可以裝在一個沿軸向從支承體延伸出的定心突起上；這就允許環(huán)形元件按任意的轉角位置固定在支承體上。
下面借助在附圖中表示的四種優(yōu)選的實施例詳細說明本發(fā)明。附圖中

圖1表示按本發(fā)明設計的滾筒式換向器第一種實施形式的軸向剖面；圖1a為圖1的局部放大示圖；圖2表示沿線II-II對于圖1所示滾筒式換向器的橫截面；圖2a為圖2的局部放大示圖；圖3為沿線III-III對于圖1和2所示滾筒式換向器的軸向剖面的局部放大示圖；圖4表示與圖1至3所示實施形式相比變更后的按本發(fā)明的滾筒式換向器第二種實施形式的軸向剖面；圖5表示沿線V-V對于圖4所示滾筒式換向器的橫截面；圖6表示按本發(fā)明設計的平面換向器的橫截面；圖7表示沿圖6中的線VII-VII對于圖6所示平面換向器的軸向剖面；圖8表示沿圖6中的線VIII-VIII對于圖6和7所示平面換向器的軸向剖面；以及圖9表示一種有關圖4和5所示滾筒式換向器的改型實施例的軸向剖面。
圖1至3中表示的滾筒式換向器作為主要構件包括一個用絕緣的模壓塑料制造的支承體1和均勻地圍繞換向器軸線2排列的十個導體段3，它們的圓柱形周向面確定了電刷接觸面4。支承體1有一個與軸線2同心的孔5，它用于將換向器裝在轉子軸上。
導體段3的錨固部分6嵌入支承體1的模壓塑料內，使導體段即使在高速旋轉時存在離心力也能可靠地固定住。在導體段3端側設接線片7，它們按已知的方式用于在換向器上連接繞組線。
以上所述的內容，按圖1至3的換向器與充分已知的先有技術一致，所以不需為了理解它而作進一步的解釋。
在與接線片7處于相對位置的端側8區(qū)域內，換向器有一個抗干擾裝置9。它包括十個圍繞換向器軸線2均勻排列的單個長方六面體形狀的陶瓷材料制的抗干擾元件10。在這里，抗干擾元件10設在導體段3的空隙處。它們分別有電容器的功能，以及在彼此相對的兩個側面有金屬化的層11。每個抗干擾元件10裝在支承體的一個袋狀安裝座12內。每個安裝座12沿徑向在里面和沿周向以帶肋環(huán)15的一個圓周面13或兩個肋14為界，帶肋環(huán)15是支承體1的組成部分；支承體1的模壓塑料突起16分別構成抗干擾元件10安裝座12沿徑向在外面的邊界。為了穩(wěn)定抗干擾元件的位置，抗干擾元件10粘結在所屬的安裝座12內。
在導體段3配屬于換向器端側8的端部附近，在其沿徑向的內側17成形彈性的接觸舌片18。從其各自的根部19出發(fā)，接觸舌片18朝相鄰的換向器端側8的方向向內傾斜地延伸。接觸舌片18沒有埋入支承體1的模壓塑料內，從而允許變形。
導體段3的彈性接觸舌片18將其自由端20分別在兩個彼此相鄰的抗干擾元件10之間聳起。借助于釬焊連接21，就相關聯(lián)的接觸區(qū)22而言釬焊連接既包括導體段3設在涉及的接觸舌片18自由端的接觸點23也包括相鄰抗干擾元件10相鄰的分別由金屬化的層11構成的接觸極24，將每個接觸舌片與兩個相鄰的抗干擾元件持久地導電連接在一起。為了給釬焊連接21提供足夠的空間，在帶肋環(huán)15的肋14與支承體1的模壓塑料突起16之間分別存在一個間隙25。
在圖4和5中表示的按本發(fā)明的換向器實施例，在其主要的設計特征方面與按圖1至3的實施形式一致。為避免重復，可參見上面的說明。作為決定性的差別僅僅在于，帶肋環(huán)15延長為一個帶肋套筒26，它在換向器配置抗干擾裝置9的那個端側8從抗干擾元件10顯著地伸出。在帶肋套筒26上安裝一個用磁化材料(例如鐵氧體、稀土元素或半鈷)制的環(huán)形元件27并與帶肋套筒粘結。
在按本發(fā)明設計的如表示在圖6至8中的平面換向器中，包括八個抗干擾元件10的抗干擾裝置9′，設在與電刷接觸面4處于相對位置的那個換向器端側區(qū)域內。抗干擾裝置本身以對應的方式同樣適用上述按圖1至3的實施形式的設計，所以為了避免重復可參見那些附圖的說明。與在上述滾筒式換向器的情況下一樣，接觸舌片18的接觸點23與各兩個相鄰的抗干擾元件10通過釬焊連接21連接，如在圖中(只)針對其中一個接觸舌片所表示的那樣。除此之外，在平面換向器中按本發(fā)明的抗干擾裝置的設計，與電刷接觸面究竟是通過導體段本身或通過碳段來形成無關地予以實現(xiàn)。
按圖9的滾筒式換向器在其主要的結構特征方面與圖1至3中表示的滾筒式換向器一致，所以為了避免重復可參見相應的設計。此滾筒式換向器，如圖4和5所示的換向器一樣，端側仍有一個磁化材料制的環(huán)形元件27。它在這里不是套在一個帶肋套筒上；確切地說在按圖9的滾筒式換向器中支承體1延長形成一個沿軸向伸出的定心突起28。用磁化材料制的環(huán)形元件27安置在它上面。借助設在定心突起28端面29區(qū)域內的膠30，將環(huán)形元件27與換向器的支承體1牢固連接在一起。
權利要求
1.一種用于電機的換向器，其包括一用絕緣的模壓塑料制成的支承體(1)、多個繞換向器軸線(2)均勻設置在該支承體上的金屬導體段(3)，以及一抗干擾裝置(9、9′)，這些金屬導體段帶有設在其上面的用于一轉子繞組的連接元件，并與該抗干擾裝置(9、9′)導電連接，該抗干擾裝置(9、9′)包括一些在數(shù)量上與所述金屬導體段(3)的數(shù)量相等的單個抗干擾元件(10)，其中，所述金屬導體段(3)具有接觸舌片(18)，這些接觸舌片(18)分別遠離其根部(19)在所屬的接觸點(23)處與兩個相鄰的抗干擾元件(10)的相鄰的接觸極(24)連接，其特征為所述各接觸舌片(18)設計為有徑向彈性，并且分別在其根部(19)與其接觸點(23)之間的區(qū)域內相對于與之相鄰的所述換向器的剛性結構部分這樣分開，即，使得在此區(qū)域內能由于熱膨脹改變所述各接觸舌片(18)相對于分別與之相鄰的所述換向器的剛性結構部分的位置。
2.按照權利要求1所述的換向器，其特征為所述抗干擾元件(10)設計為一長方六面體形狀的多層電容器。
3.按照權利要求1或2所述的換向器，其特征為所述各接觸舌片(18)分別在兩個彼此相鄰的抗干擾元件(10)的接觸極(24)之間突起，其中，所述各接觸舌片(18)分別跨接兩個相鄰的抗干擾元件(10)的接觸極(24)之間的空隙。
4.按照權利要求1至3之一所述的換向器，其特征為所述抗干擾元件(10)沿一等邊多邊形的棱邊等間距地圍繞所述換向器的軸線(2)布置。
5.按照權利要求1至4之一所述的換向器，其特征為所述彈性接觸舌片(18)沿周向計得的寬度小于所述導體段(3)的寬度。
6.按照權利要求1至5之一所述的換向器，其特征為所述接觸舌片(18)的長度明顯比其寬度大，而其寬度又明顯大于接觸舌片(18)的厚度。
7.按照權利要求1至6之一所述的換向器，其特征為該換向器設計為帶有一圓柱形電刷接觸面(4)的滾滾筒式換向器。
8.按照權利要求7所述的換向器，其特征為所述接觸舌片(18)從所述導體段(3)的內部徑向面(17)分岔出。
9.按照權利要求7或8所述的換向器，其特征為所述電刷接觸面(4)沿軸向延伸超過所述抗干擾裝置(9)，其中，所述導體段(3)在所述電刷接觸面(4)下面的徑向厚度即便在所述抗干擾裝置(9)所在的區(qū)域內也大于0.5mm。
10.按照權利要求7至9之一所述的換向器，其特征為所述抗干擾裝置(9)設在所述換向器的與用于轉子繞組的連接元件處于相對位置的那個端側。
11.按照權利要求1至5之一所述的換向器，其特征為該換向器設計為平面式換向器，其中，所述抗干擾裝置(9′)設在所述換向器的配置用于所述轉子繞組的連接元件的端側。
12.按照權利要求1至11之一所述的換向器，其特征為所述各接觸舌片(18)釬焊或導電地粘接在所屬抗干擾元件(10)的接觸極(24)上。
13.按照權利要求1至12之一所述的換向器，其特征為所述各接觸舌片(18)彈性預緊地支靠在所屬抗干擾元件(10)的接觸極(24)上。
14.按照權利要求1至13之一所述的換向器，其特征為所述各抗干擾元件(10)分別置入所述支承體(1)的一安裝座(12)內，該安裝座(12)的界壁分別與所涉及的各抗干擾元件沿徑向的內表面和外表面、兩個側面和一個端面相對置。
15.按照權利要求14所述的換向器，其特征為所述各安裝座(12)沿徑向在里面和沿周向分別以一帶肋環(huán)(15)為界，并且沿徑向在外面以所述支承體(1)的模壓塑料突起(16)為界。
16.按照權利要求15所述的換向器，其特征為所述帶肋環(huán)(15)延伸形成一帶肋套筒(26)，該帶肋套筒(26)在所述換向器的配置所述抗干擾裝置(9)的端側(8)明顯地超出所述抗干擾元件(10)地伸出，其中，所述帶肋套筒(26)的徑向尺寸等于或小于所述帶肋環(huán)(15)的徑向尺寸。
17.按照權利要求16所述的換向器，其特征為在所述帶肋套筒(26)上安裝一個用磁化材料制的環(huán)形元件(27)。
18.按照權利要求17所述的換向器，其特征為所述環(huán)形元件(27)由鐵氧體、稀土元素或半鈷制成。
19.按照權利要求17或18所述的換向器，其特征為所述環(huán)形元件(27)與所述帶肋套筒(26)粘結。
20.按照權利要求1至15中任一項所述的換向器，其特征在于，所述支承體(1)在其配置所述抗干擾裝置(9)的端側(8)延伸形成一定心突起(28)，在該定心突起(28)上支撐地置放著一由磁性材料制成的環(huán)形元件(27)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于電機的換向器，其包括一用絕緣的模壓塑料制的支承體(1)、多個繞換向器軸線(2)均勻排列在支承體上的金屬導體段(3)，以及一抗干擾裝置(9，9′)，這些金屬導體段帶有設在它上面用于轉子繞組的連接元件并與該抗干擾裝置導電連接，該抗干擾裝置包括一些在數(shù)量上與導體段(3)的數(shù)量相等的單個抗干擾元件(10)，其中，所述導體段(3)帶有接觸舌片(18)，它們分別遠離其根部(19)在所屬的接觸點(23)與兩個相鄰抗干擾元件(10)的相鄰接觸極(24)連接。各接觸舌片(18)設計為有徑向彈性，以及分別在其根部(18)與其接觸點(23)之間的區(qū)域內和與之相鄰的換向器剛性結構部分分開，使得各接觸舌片(18)相對于與之相鄰的換向器剛性結構部分的位置能由于在此區(qū)域內的熱膨脹改變。
文檔編號H02K11/02GK1698241SQ200480000247
公開日2005年11月16日 申請日期2004年2月8日 優(yōu)先權日2003年2月14日
發(fā)明者喬茲·波托克尼克, 盧德維克·庫馬 申請人:科萊克特集團公司