CN101803126A - 换向装置和电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种换向装置(1)，具有可旋转的换向器(2)和至少一个触通换向器(2)的电刷元件(16、17、18、19)。根据本发明，设有用于排出当换向时所产生的磨屑(20)的机构(21)。此外本发明还涉及一种具有这种换向装置(1)的电机。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的换向装置，以及一种根据权利要求16所述的电机，特别是电动机或发电机。
背景技术
在电工技术中，用于电机中电流换向的装置称为换向装置。电流换向产生了相对于电枢绕组旋转的或迁徙的电流。已知的换向装置包括不可转动地位于电枢轴上的换向器，该换向器具有多个在圆周方向上并排布置并且彼此之间电绝缘的薄片，所述薄片与至少两个电刷元件电接触。通过位置固定的电刷元件与旋转地驱动的换向器之间的不断的摩擦而产生了磨屑，通常是炭尘。该磨屑在换向器的旋转方向上看去在电刷元件前方沉积，这导致了预换向以及进而导致了配有这种换向装置的电机的使用寿命的缩短。此外，所产生的磨屑在分别两个在圆周方向上相邻的薄片之间的空气隙或者绝缘隙中沉积，这可能导致短路。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种换向装置，利用该装置避免了由于磨屑沉积而导致的预换向。目的还在于，提出一种相应地改进的电机。
该目的基于具有根据权利要求1所述特征的换向装置以及基于具有根据权利要求16所述特征的电机来实现。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中给出。在本发明的范畴中，所有的组合也来自于至少两个在说明书、权利要求书和/或附图中所公开的特征。
本发明的构思在于，通过以下途径来避免当换向时所产生的磨屑、特别是炭尘，即设有机构用于排出所述磨屑。在此，该机构优选这样设计，从而在径向方向上向外运走磨屑。通过排出磨屑，避免了在换向器和/或在滑动触头上的沉积以及进而避免了预换向，这又促成了配有根据本发明的方案来设计的换向装置的电机的使用寿命的提高。此外，还可以避免在圆周方向上并排布置的薄片之间的绝缘隙中的磨屑的沉积以及进而避免电短路。
特别有利的在于一种实施方式，在该实施方式中，用于排出当换向时所产生的磨屑的机构包括至少一个贴靠在换向器上的弹簧，其中为了避免短路，该弹簧优选地由不导电的材料制成。通过使弹簧贴靠在换向器上，成功地避免了磨屑在换向器上的至少一个电刷元件前方沉积。此外，该特别是设计为板簧的弹簧用作为一种导板以用于将磨屑向外排出。正如在后面还要说明地，一种具有不贴靠在换向器上的机构的实施方式也是可行的。
优选地这样来设计和布置所述弹簧，即该弹簧从其固定位置出发，在其自由的端部的方向上在换向器的圆周方向上延伸，并且在换向器的方向上弯曲或者向径向内部倒斜面地布置，以便由此能够对换向器，特别是在径向方向上加载弹力，该弹力用于使弹簧在换向器的旋转运动期间贴靠在该换向器的外圆周上并且进而避免了磨屑在弹簧下方滑动穿过。设有至少一个将磨屑向径向外部排出的弹簧，这能够实现将用于排出磨屑的机构集成在供使用的结构空间中，由此使得配有根据本发明的方案来设计的换向装置的电机构造得并不比在没有用于排出磨屑的机构的情况下更大。在此有利的在于，如果特别是设计为板簧的弹簧利用其背离于换向器的端部而固定在换向装置的部件上，特别是在电刷元件支架上(并且在那里优选地在外部固定在用于电刷元件的套筒上)，并且该弹簧利用其自由的端部或者说在其自由的端部的区域中贴靠在换向器上。
特别优选的在于一种实施方式，在该实施方式中，所述机构、特别是弹簧，由不导电的塑料制成。
为了成功地避免磨屑在换向器的整个纵向延伸尺寸上沉积，一种实施方式是有利的，在该实施方式中，所述机构的、特别是弹簧的宽度至少近似相当于换向器的轴向延伸尺寸，或者相当于换向器的、在圆周方向上并排布置的薄片的轴向延伸尺寸。一种实施方式同样也是可能的，在该实施方式中，所述机构、优选是弹簧，在轴向方向上在一侧或两侧超出换向器。
为了能够确保在机构的、特别是至少一个弹簧的自由的端部的区域中的整洁的起动(Anlauf)，一种实施方式是有利的，在该实施方式中，所述机构、优选是弹簧，在其自由的、贴靠在换向器上的端部的区域中具有弯曲的或倾斜的接触棱边。除了整洁的起动，通过自由的端部在从换向器远离的方向上的斜面或者弯曲，确保了对于磨屑在径向方向上更好的排出可能性。正如后面还要加以说明地，也可以实现一种实施方式，在该实施方式中，使机构以相对于换向器的(小的)径向间距来布置。
在本发明的改进方案中有利地设计为，换向装置具有电刷元件支架，该支架具有多个套筒用于容纳各一个、特别是含石墨的电刷元件。为了避免磨屑在换向器的旋转方向上看去在每个电刷元件前方沉积，一种实施方式是有利的，在该实施方式中，为至少一个电刷元件、优选地为每个电刷元件设有用于排出磨屑的机构，优选是贴靠在换向器上的弹簧，其中，各自的机构、特别是各自的弹簧，优选地在换向器的旋转方向上看去在所配属的电刷元件前方或者说在支撑该电刷元件的套筒前方布置。在此，所述机构、特别是弹簧的一种布置是有利的，其中，该机构从各自的套筒出发，优选地从其固定位置出发，在圆周方向上反向于换向器的旋转方向延伸。
一种实施方式是特别有利的，在该实施方式中，所述机构、优选是弹簧，特别地利用背离于换向器的端部而固定在电刷元件支架上。在改进方案的范畴中，所述机构、特别是弹簧，与电刷元件支架制成整体，或者是为机构、特别是弹簧设计了一种在电刷元件支架上的固定可能性，其能够实现对机构、特别是弹簧的更换，从而使机构、特别是弹簧能够在发生磨损的情况下被更换。
对于这种情况来说，即电刷元件支架这样来设计，从而使机构、特别是弹簧可以可拆卸地固定在该电刷元件支架上，从而一种实施方式是有利的，在该实施方式中，每个机构、特别是每个弹簧，可以在电刷元件支架上固定在两个不同的方位上，也就是说提供了一种使弹簧在电刷元件支架上的根据旋转方向的固定可能性。根据一种优选的实施方式，所述机构、特别是弹簧通过夹紧而可以固定在电刷元件支架上。
一种实施方式是特别有利的，在该实施方式中，用于特别是径向地排出当换向时所产生的磨屑的机构由与电刷元件支架的所配属的套筒相同的材料来制成，在该支架中，滑动触头、特别是炭刷在径向方向上相对于换向器可调节。优选地，所述机构由塑料制成，优选地由不导电的塑料制成，以便避免短路。
正如开头所述地，可以实现一种实施方式，在该实施方式中，用于排出磨屑的机构与电刷元件支架制成整体和/或与所配属的套筒制成整体，并且特别是分别以制成整体的突出部的形式。在此，考虑到有效的且成本低的制造而特别有利的是，即机构与所配属的套筒制成为整体的压铸件。特别优选的是，即所有的套筒与所配属的机构设计为整体的压铸件。
在本发明的改进方案中有利地设计为，即所述机构的外轮廓匹配于可旋转布置的换向器的外轮廓。为此优选地，所述机构设计为在面向于换向器的侧面上，在换向器的圆周方向上弯曲。
为了实现最优化地在径向方向上向外运出在换向装置运行期间所产生的磨屑，一种实施方式是优选的，在该实施方式中，所述机构，特别是在其自由的端部上，成形为斜坡形的，其中所形成的斜坡优选地朝分别相邻的或者所配属的套筒的方向升高。由此，磨屑微粒被甩向或导向位于换向器外部的、在径向方向上延伸的套筒外壁。
正如开头所述地，可以实现一种实施方式，在该实施方式中，所述机构、特别是至少一个弹簧，在换向器旋转的情况下在外部贴靠在该换向器上。特别在一种实施方式中，其中机构并不设计成弹簧、也就是说是不具有弹性的，而是设计成刚性的，一种实施方式是优选的，其中在机构与换向器之间设计有在圆周方向上延伸的间隙。在此可以实现一种实施方式，在该实施方式中，间隙在圆周方向上的宽度尺寸至少是近似恒定并且最小的。然而也可以实现一种实施方式，在该实施方式中，间隙宽度朝向所述优选地设计为斜坡形的机构的自由的端部在圆周方向上反向于换向器的旋转方向而减小。
也就是可以实现不仅一种具有包括至少一个弹簧的、用于排出磨屑的机构的实施方式，而特别是出于费用原因并且为了实现更简单的安装而也可以实现一种实施方式，其具有本身是刚性的机构，所述机构优选地与换向装置的另外至少一个部件制成整体，以便避免机构的单独的安装。
本发明也涉及一种电机，特别是电动机或发电机，具有前述的换向装置，其中，该换向装置的换向器不可转动地布置在电枢轴上。通过设置了根据本发明的方案所设计的换向装置而避免了预换向并且进而提高了电机相比于已知的电机的使用寿命。
附图说明
在附图中，相同的部件和具有相同功能的部件以相同的附图标记标出。图中示出：
图1：换向装置的剖面图，其中每个电刷元件都设有用于排出磨屑的机构，
图2：根据图1的换向装置的电刷元件支架，
图3：一种可替换地设计的电刷元件支架，其具有与用于电刷元件的套筒制成整体的、用于排出磨屑的机构。
具体实施方式
在附图中，相同的部件和具有相同功能的部件以相同的附图标记标出。
在图1中示出了用于电机的换向装置1。换向装置1包括不可转动地布置在未示出的、垂直地竖立于绘图平面上的电枢轴上的换向器2。在所示出的实施例中，换向器2包括四个在圆周方向上并排布置的、由铜制成的薄片3、4、5、6。薄片3、4、5、6导电地与电枢叠片组的未示出的电枢绕组连接。在每两个相邻的薄片之间设有在轴向方向上延伸的空气隙7、8、9、10，以使薄片3、4、5、6彼此之间保持电绝缘。
换向器2布置在电刷元件支架11内部，该电刷元件支架在该实施例中具有四个在圆周方向上均匀相距的套筒12、13、14、15，各用于一个电刷元件16、17、18、19(炭刷)。每个电刷元件16、17、18、19借助于未示出的弹簧径向向内地朝换向器2的方向被加载弹力，从而使电刷元件16、17、18、19贴靠在换向器2的外圆周上，更准确地说是贴靠在薄片3、4、5、6上，并且当换向器2进行旋转运动时与所述薄片电触通。通过在换向器2与电刷元件16、17、18、19之间的摩擦，产生了磨屑20(炭尘)。为了在径向方向上向外排出该磨屑20，设有用于排出磨屑的机构21。该用于排出磨屑的机构21包括四个在圆周方向上彼此相距的、分别构造成由塑料制成的板簧的弹簧22、23、24、25，所述弹簧可拆卸地固定在电刷元件支架11上。弹簧22、23、24、25的轴向延伸尺寸、也就是说其垂直进入绘图平面中的延伸尺寸，基本上相当于薄片3、4、5、6的轴向延伸尺寸。弹簧22、23、24、25反向于由箭头标出的换向器2的旋转方向36而在换向器2的圆周方向上延伸，并且利用其各自的背离于换向器2的端部26、27、28、29而固定在电刷元件支架11上。弹簧22、23、24、25在径向方向上向内在换向器2上成形为弯曲状，由此获得了在径向方向上的弹性效果。弹簧22、23、24、25利用其各自的自由的端部30、31、32、33而平放在换向器2的或者说薄片3、4、5、6的外圆周上，并且将旋转运动时所产生的磨屑20在径向方向上向外排出。
正如由图1可看到的，弹簧22、23、24、25在其各自的自由的端部30、31、32、33的区域中稍微向外弯曲，以便确保整洁的起动。
正如由图1可看到地，为每个电刷元件16、17、18、19设有一个弹簧22、23、24、25，该弹簧在旋转方向36上看去布置在各自的电刷元件16、17、18、19前方。对于那种应该改变换向器2的旋转方向36的情况来说，可能的是将弹簧22、23、24、25这样地安装在电刷元件支架11上，从而使所述弹簧不是象所示地那样在顺时针方向上且径向向内延伸，而是在逆时针方向上且径向向内延伸，以便因此确保将磨屑20径向向外排出。
在图2中示出了在单独状态中的电刷元件支架11。可以看到的是，设有在绘图平面中向后指向的空心突出部34以用于容纳电机的触头。在其在绘图平面中处于前部的区域中设计有盘形的电刷元件支架11，并且该支架具有四个分别彼此成90度角偏置的套筒12、13、14、15以分别用于一个未示出的电刷元件。在套筒12、13、14、15中分别对电刷元件在径向向内方向上在换向器2上加载弹力。
在中心开口35中，在安装上的状态中布置有换向器2。在电刷元件支架11的所示出的配置中，未示出的换向器在顺时针方向上旋转(箭头36)。
在每个套筒12、13、14、15上可拆卸地利用弹簧的背离于开口35的端部26、27、28、29而固定有设计为板簧的弹簧22、23、24、25。弹簧22、23、24、25从各自的套筒12、13、14、15出发在逆时针方向上延伸并且设计为向内弯曲。其自由的端部30、31、32、33径向向外在远离开口35的方向上被折弯，以便确保换向器2的整洁的起动，并且进而防止钩住换向器2的薄片3、4、5、6之间的空气隙7、8、9、10。
向外排出的磨屑20受重力作用地在换向器2外部的区域中向下坠落到电机的未示出的壳体中，并且可以不时地根据需要来清除。
在图3中示出了以可替换方式设计的电刷元件支架11。电刷元件支架11包括均匀地在圆周方向上分布地布置的套筒12、13、14、15以分别用于一个未示出的电刷元件16、17、18、19(与图1类似)。在图3中所示出的电刷元件支架11中由于在出于简明原因而未示出的、要布置在中心开口35中的换向器与电刷元件之间的摩擦而产生了磨屑。为了在径向方向上向外排出磨屑，为每个套筒12、13、14、15设有机构21以用于排出磨屑。机构21分别作为与所配属的套筒12、13、14、15制成整体来设计的、刚性的突出部来实施，其中套筒12、13、14、15又与电刷元件支架11的底板37制成整体。图3中示出的电刷元件支架11与未示出的换向器一起构成了用于电机的换向装置。正如由图3得出的，未示出的换向器的旋转方向36在逆时针方向上。机构21在根据图3的实施例中设计为套筒12、13、14、15的一体的突出部，其在圆周方向上从所配属的套筒12、13、14、15出发，反向于旋转方向36延伸。机构21设计为斜坡形的并且在其自由的端部38的方向上逐渐变细。换句话说，设计为突出部的机构21的径向延伸尺寸在逆时针方向上增大。
正如进一步由图3得出地，设计为突出部的机构21的(下部的、或者说径向内部的)侧面39相对于配属的、径向内部的套筒开口40、41、42、43径向向内偏置地布置，由此形成了在圆周方向上起作用的、防磨屑的障碍物，由此防止了磨屑(过度地)进入到图3中未示出的炭刷上。
机构21的面向于换向器的侧面39在圆周方向上设计为弯曲的并且与未示出的换向器相距地布置，其中在侧面39与换向器之间仅形成了最小的圆周间隙，其具有在圆周方向上保持不变的、在该实施例中为0.5mm的径向延伸尺寸。
Claims (16)
1.一种换向装置，具有可旋转的换向器(2)和至少一个触通所述换向器(2)的电刷元件(16、17、18、19)，其特征在于，设有用于排出当换向时所产生的磨屑(20)的机构(21)。
2.按权利要求1所述的换向装置，其特征在于，所述机构(21)包括至少一个不导电的、贴靠在所述换向器(2)上的弹簧(22、23、24、25)。
3.按权利要求2所述的换向装置，其特征在于，所述弹簧(22、23、24、25)设计为朝着所述换向器(2)的方向弯曲和/或倾斜布置的板簧。
4.按前述权利要求中任一项所述的换向装置，其特征在于，所述机构(21)、特别是所述弹簧(22、23、24、25)由不导电的塑料制成。
5.按前述权利要求中任一项所述的换向装置，其特征在于，所述机构(21)的、特别是所述弹簧(22、23、24、25)的宽度至少近似相当于所述换向器(2)的轴向延伸尺寸，或者轴向地超出所述换向器。
6.按前述权利要求中任一项所述的换向装置，其特征在于，所述机构(21)、特别是所述弹簧(22、23、24、25)在其自由的、贴靠在所述换向器(2)上的端部(30、31、32、33)的区域中具有弯曲的或倾斜的起动面。
7.按前述权利要求中任一项所述的换向装置，其特征在于，设有电刷元件支架(11)，其具有多个套筒(12、13、14、15)用于容纳各一个电刷元件(16、17、18、19)；并且为至少一个套筒(12、13、14、15)、优选地为每个套筒(12、13、14、15)设有用于排出磨屑(20)的机构(21)，特别是设有在所述换向器(2)的旋转方向(36)上看去，在所述套筒(12、13、14、15)前方贴靠在所述换向器(2)上的弹簧(22、23、24、25)。
8.按权利要求7所述的换向装置，其特征在于，所述机构(21)、特别是所述弹簧(22、23、24、25)与所述电刷元件支架(11)制成整体，或者是可固定在、特别是可夹紧在所述电刷元件支架上。
9.按权利要求7或8中任一项所述的换向装置，其特征在于，所述机构(21)、特别是所述弹簧(22、23、24、25)，根据所述换向器(2)的旋转方向(36)，可以在所述电刷元件支架(11)上固定在两个不同的方位上。
10.按权利要求2至9中任一项所述的换向装置，其特征在于，所述机构(21)由与所述电刷元件支架(11)的所配属的套筒(12、13、14、15)相同的材料制成，优选地由塑料制成。
11.按权利要求7至10中任一项所述的换向装置，其特征在于，所述机构(21)与所配属的套筒(12、13、14、15)设计为整体的压铸件。
12.按前述权利要求中任一项所述的换向装置，其特征在于，所述机构(21)在面向于所述换向器(2)的侧面(39)上沿所述换向器(2)的圆周方向弯曲。
13.按前述权利要求中任一项所述的换向装置，其特征在于，所述机构(21)，特别是在其自由的端部上，成形为斜坡形的。
14.按前述权利要求中任一项所述的换向装置，其特征在于，在所述机构(21)与所述换向器(2)之间设计有特别是最小的圆周间隙。
15.按前述权利要求中任一项所述的换向装置，其特征在于，所述机构(21)是刚性的。
16.一种电机，特别是电动机或发电机，具有根据前述权利要求中任一项所述的换向装置(1)，所述换向装置的换向器(2)不可转动地布置在电枢轴上。
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