CN103532330B - 直流电动机、直流电动机***以及制造方法 - Google Patents

直流电动机、直流电动机***以及制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种直流电动机，其具有电枢和换向器，所述电枢具有至少两个布置在可旋转支承的电枢轴上的线圈；所述换向器具有至少一个带有两个电刷的电刷对，所述电刷与布置在所述电枢轴上的换向器片共同作用，其中所述电刷分别具有接触所述换向器片的电刷尖端；所述直流电动机还具有至少一个带有两个磁极的极对，所述磁极分别具有分配到所述电枢轴上的磁极轴线。所述电刷尖端分别布置得与下述位置错开相同的调整角，在所述位置中所述电刷的相应的换向时间点与感应到所述线圈中的电压的零点交叉一致。本发明涉及一种具有上述直流电动机的直流电动机***以及一种用于制造用于这样的直流电动机或用于相应的直流电动机***的电刷的方法。

Description

直流电动机、直流电动机***以及制造方法
技术领域
本发明涉及一种直流电动机，其具有：电枢，其具有至少两个布置在可旋转支承的电枢轴上的线圈；换向器，其具有至少一个带有两个电刷的电刷对，所述电刷与布置在所述电枢轴上的换向器片共同作用，其中所述电刷分别具有接触所述换向器片的电刷尖端；至少一个带有两个磁极的极对，所述磁极分别具有分配到所述电枢轴上的磁极轴线。
本发明还涉及一种直流电动机***以及一种用于制造用于这样的直流电动机或用于相应的直流电动机***的电刷的方法。
背景技术
由现有技术已知开头所述类型的直流电动机。在具有电刷的直流电动机中换向器通常具有至少两个电刷，所述电刷与相应的抗扭地布置在转子轴上的换向器片共同作用。在本发明的上下文中将电刷理解为整个滑动接触元件，从而使得电刷不仅能够例如构造为可弹性变形的电刷元件还能够构造为刚性体元件或滑动接触销栓。在此可以如此形成电刷尖端，从而使得所述电刷尖端形成与换向器片的点状的、线状的或平面的接触。所述电刷通常关于其相对于转子轴的位置壳体固定地布置并且以其相应的电刷基体固定在所谓的电刷保持器上。如果所述换向器包括两个电刷，那么通常设有两个相反地对置的电刷保持器，所述电刷中各一个电刷分别固定在所述电刷保持器上。此外除了壳体之外通常位置固定地布置有至少形成极对的磁极，所述磁极的磁场分别形成磁轴线，所述磁轴线指向转子轴或与所述转子轴径向地定向。通过电枢的由电刷换向的线圈关于磁极或磁轴线的位置影响电动机特性曲线和多个次级参量、例如直流电动机的扭矩波度或噪音形成。通常如此选择电刷关于磁极的位置以及换向器片关于线圈的位置，从而使得当线圈相对于磁极或磁轴线在中心时，电刷换向，也就是从一个换向器片换到下一个换向器片并且由此必要时将相邻的换向器片短路。在运行中，此时达到通过磁极感应到线圈中的电压的零点交叉。
发明内容
按照本发明的直流电动机具有的优点在于，减小了扭矩波度并且此外还改善了电磁兼容性。按照本发明的直流电动机的特征在于，所述电刷尖端分别与下述位置错开相同的调整角，在所述位置所述电刷的相应的换向时间点与感应到线圈中的电压的零点交叉一致。还设定，所述电刷对的电刷与通常的换向位置错开确定的调整角。通过电刷尖端的构造上的旋转实现了上述优点。在此重要的是，两个电刷尖端错开相同的量或者调整角。在此可以朝相同的方向或相反的方向调整电刷尖端，从而使得位于电刷尖端之间的电刷角（关于电枢轴的旋转轴线）保持相同或变化。
按照本发明的一种有利的改进方案设定，根据所述换向器的换向器片的数量n确定所述调整角。特别地设定，所述调整角β位于如下确定的区域中：
1°≤β≤360°/（n×2）。
由此优化了直流电动机的扭矩波度以及电磁兼容性。
优选地设定，所述电刷对的电刷尖端朝相同的方向错开所述调整角，从而总地来说存在前换向或后换向。也就是通过电刷尖端沿相同方向的错开根据转子轴的旋转方向调整直流电动机的前换向或后换向。
优选地，所述直流电动机的表征的特性参量是整数，所述特性参量由所述换向器片的数量除以直流电动机的磁极的极对的两倍数量得到。一般根据电动机拓扑如此选择换向时间点，使得同时或交替地发生换向。如果所述表征的特性参量是整数，那么通常实现同时的换向。如果所述特性参量不是整数，那么通常交替地发生换向。优选地设定，所述直流电动机的表征的特性参量是整数。因此直流电动机的前换向和后换向可以在保持同时换向的情况下实现。
按照本发明的一种有利的改进方案设定，所述电刷对的电刷尖端朝相反的方向错开所述调整角，从而所述电刷交替地换向。也就是在此设定，所述电刷不是同时而是相继地或交替地从一个换向器片换到另一个，其中所述电刷中的一个电刷前换向而另一个后换向。通过交替的换向在换向阶段期间流动的电流更小，因为电枢绕组的待换向的线圈中仅一半同时被短路。由此减小了直流电动机的激励力、尤其扭矩波度并减小了由此造成的噪音。
优选地，所述电刷分别具有电刷基体，所述电刷基体能够布置或布置在电刷保持器中，其中所述电刷的相应的电刷尖端偏心地布置在所述基体或偏心地关于电枢轴布置。根据侧面的间隔或偏心的错位的大小调整电刷尖端的调整角并相应地调整上述的换向类型之一，而无需改变电刷保持器。根据所述电刷从哪个方向***到相应的保持件中，电刷尖端并且进而待换向的线圈的换向时间点以一个方向或者以另一个方向关于相应的磁极的磁轴线错开，由此交替的换向、同时的换向、前换向或后换向是可调整的。特别优选地所述电刷尖端通过电刷的电刷部段的磨削和/或切削如此地生成，使得其偏心地留在电刷基体上。
有利地，所述电刷中的至少一个电刷构造为直的、弯曲的、香蕉形的和/或菱形的。由此以简单的方式和方法实现了电刷尖端相对于相应的磁轴线的布置或者换向时间点的期望的调整。
按照本发明的一种有利的改进方案设定，所述电刷、尤其电刷尖端设有槽纹，所述槽纹尤其用于换向器片的改善的接触。
具有上述直流电动机的直流电动机***的特征在于设有至少两组分别相同的电刷，所述电刷相对于电刷保持器的装备是可选择的，其中所述电刷组在所述电刷尖端关于其相应的基体的偏心的布置方面有所不同，从而根据所选择的电刷组所述换向器具有前或者后换向的并且同时或者交替地换向的电刷。因此在装配中可以从这些电刷组选择一个电刷组，其在保持不变的电刷保持器中形成直流电动机的前换向、后换向并且形成交替的或同时的换向。该模块设计原理简化了装配并且减小了制造成本。所述电刷组中的至少一个电刷在此也可以具有布置在中心的电刷尖端，只要为对置的电刷保持器选择的电刷组装备有具有偏心的电刷尖端的电刷。
按照本发明的用于制造用于直流电动机或者直流电动机***的电刷的方法的特征在于，首先提供具有电刷基体和电刷接触体的电刷并且随后如此切削和/或磨削电刷接触体，使得保留关于所述电刷基体偏心的电刷尖端。所述如此形成的电刷在直流电动机的装配中能够用于或者应用于按照上述标准调整期望的换向类型。
附图说明
在下文中应该根据附图对本发明进行进一步的详细阐明。其中：
图1示出具有换向器的同时换向的电刷的直流电动机；
图2示出具有换向器的交替换向的电刷的直流电动机；
图3分别以简化的截面图示出具有换向器的前换向或后换向的电刷的直流电动机；并且
图4示出按照一个备选的实施例的具有交替换向的电刷的直流电动机。
具体实施方式
图1以简化的截面图示出了具有换向器2的直流电动机1，所述换向器用作用于直流电动机1的换极的换向开关。所述直流电动机1还具有电枢轴3，所述电枢轴可旋转地支承在电机壳体中并且承载至少两个在此未详细示出的电枢绕组或线圈。所述线圈与抗扭地布置在所述电枢轴3上的换向器片4（未详细示出）连接，所述换向器片在换向器2的区域中形成电枢轴3的外罩外表面5。
为了换向器片4的电接触设有电刷6，所述电刷在此与电枢轴3的旋转轴线7相反地对置或者与磁极对的在此未详细示出的磁极的磁极轴线x1和x2对准地布置。电刷6固定在电刷保持器8上，所述电刷保持器又布置在电刷承载基体9上。电刷保持器8构造为所谓的锻锤导轨并且以弹力施加的方式将电刷朝换向器片4挤压。
电刷6分别具有电刷基体10，所述电刷基体相应地与相应的磁极轴线x1、x2对准地固定在电刷保持器8上。面向换向器片4的电刷接触部段11连接到电刷基体10上。相应的电刷接触部段11形成为电刷尖端12，所述电刷尖端与优选形成接触面的换向器片4 共同作用。电刷尖端12在此相反地对置地布置，从而使得所述电刷尖端布置得相互成α=180°的电刷角。电刷尖端12关于磁极的位置以及换向器片4关于线圈的位置在此如此选择，从而当线圈关于磁极或磁极轴线位于中心并且只要实现感应到线圈中的电压零点交叉时，则发生换向。电刷角α通过电刷尖端12与换向器片4之间的接触位置确定。换向器2的表征的特性参量f是整数。
直流电动机1具有表征的特性参量f，所述特性参量由换向器片4的数量和极对的数量产生。特性参量f按照以下等式计算：
f= n/2p，
其中p是极对的数量而n是换向器片4的数量。如果表征的特性参量f是整数，那么通常在直流电动机1的电刷6上发生同时的换向，如在图1中所示出的那样。
图2和图3分别示出了直流电动机1的按照本发明的实施方式的实施例，其中由图1已知的元件设有相同的附图标记，从而在这种情况下参照上述描述。在下文中会主要探讨不同之处。
按照图2的按照本发明的实施例的电刷14在电刷尖端12关于电刷基体10的位置方面不同于按照图1的实施例的电刷6。按照图2设定，如此磨削或切削电刷接触部段11，使得电刷尖端12关于电刷基体10偏心并且进而与磁极轴线x1、x2错开调整角β，所述磁极轴线与想象的连接线13对准，所述连接线穿过电刷基体的中心和旋转轴线7延伸。在此电刷尖端12朝相反的方向错开或者分别位于连接线13的相同的一侧上，从而由此产生的电刷角α1小于180°。电刷14在此相同地构造并且仅镜面颠倒地***到相应的电刷保持器8中，从而使得电刷尖端12位于连接线13的相同的一侧上。
通过设置根据图2的电刷14实现了，电刷14交替地在电枢轴3旋转时换向。由此短路电流在换向阶段期间减小，由此减小了激励力或者扭矩波度以及由此引起的直流电动机1的噪声。特别优选的是，将换向时间点或电刷尖端12相对于根据图1的输出位置的位置特别优选对称地移动半个换向器片距。
电刷14属于一电刷组，其电刷与电刷6的区别如下，即电刷尖端12偏心地布置。为了达到电刷角α1当然也可以考虑，所述电刷6中的仅一个电刷通过第二电刷组的电刷14替换。无论如何提供小于180°的电刷角α1，这种电刷角会导致交替的换向。根据电刷保持器8的构造电刷14（如上所述）能够相同地构造并且仅通过在电刷保持器中的相应的定向促成期望的电刷角α1和交替的换向。替代地可以考虑，在不同地构造的电刷保持器8中，对于每个电刷保持器8布置自身的相应地构造的电刷组。
由此提供的直流电动机***允许，根据模块设计原理供应直流电动机1，其中为了交替地换向仅将另外一个或多个电刷组的电刷应用于电刷保持器8中。
图3示出了直流电动机1的按照本发明的实施方式的另一实施例。与图2的实施例不同，现在设定，电刷14如此地布置在相应的电刷保持器8上，使得电刷尖端12朝相同的方向错开调整角β或者位于想象的连接线13的不同的侧上。如果电刷尖端12以相同地量偏心地布置，也就是所述电刷尖端具有与电刷基体的中心相同的距离，由此得到，又出现电刷角α=180°并进而同时换向。然而与图1的实施例不同，通过电刷14的电刷尖端12的偏心的布置实现了，换向器2根据电枢轴3的旋转方向前换向或后换向。通过电刷14和关于其电刷尖端12的相应的布置可以由此以简单的方式和方法在没有电刷保持器8的结构匹配的情况下不仅实现交替的换向（图2）还实现了前换向或后换向（图3）。仅通过电刷14或电刷磨损体的几何结构实现期望的电刷角和/或前换向或后换向。电刷14的几何结构在此可以构造为直的、弯曲的、香蕉形的、菱形的或以不同的尺寸比例缩减。也可以考虑，电刷14、尤其电刷14的电刷尖端12设有尤其具有不同的尺寸比例的槽纹。
通过交替调整的换向减小电流波动（Stromrippel）的大小并由此提高了扭矩波度（Momentenwelligkeit）的力激励和直流电动机的电磁兼容性。通过特定的电刷14的布置可以成本中等地匹配电刷角α以及调整角β。当然也可以相互组合图2和3的实施例，从而前换向或后换向地实现了交替换向。同样可以考虑，如此匹配电刷承载***，使得电刷保持器8不直接相反地对置地布置。如此也可以例如采用颤动***（Köchersystem）和对置的锻锤***（hammersystem）。
替代在图2和3的实施例中示出的结构也可以考虑，通过电刷保持器8的相应地错开的结构实现调整角β和电刷角α1，如在图4中为了根据图2交替换向所示出的那样，电刷14无需设有偏心的电刷尖端。在这种情况下可以使用常规的电刷。此外直流电动机1的电刷对的电刷14也不必基本上与电枢轴3对置地布置。根据磁极对的数量，相应的磁极轴线x1、x2也能够相互以180°偏移的角存在。在所述实施例中示出的轴线x1与x2之间的180°的磁极角能够相应地变化。

Claims (9)

1.一种直流电动机（1），所述直流电动机具有电枢，所述电枢具有至少两个布置在可旋转支承的电枢轴（3）上的线圈；所述直流电动机还具有换向器（2），所述换向器具有至少一个带有两个电刷（14）的电刷对，所述电刷与布置在所述电枢轴（3）上的换向器片（4）共同作用，其中所述电刷（14）分别具有接触所述换向器片（4）的电刷尖端（12）；所述直流电动机还具有至少一个带有两个磁极的极对，所述磁极分别具有分配到所述电枢轴（3）上的磁极轴线（x1、x2），其特征在于，所述电刷尖端（12）分别布置得与下述位置错开相同的调整角（β），在所述位置中所述电刷（14）的相应的换向时间点与感应到所述线圈中的电压的零点交叉一致，根据所述换向器片（4）的数量（n）确定所述调整角（β）。
2.根据权利要求1所述的直流电动机，其特征在于，所述电刷对的电刷尖端（12）朝相同的方向错开所述调整角（β）地布置，从而存在前换向或后换向。
3.根据权利要求1或2所述的直流电动机，其特征在于，所述直流电动机（1）的表征的特性参量（f）是整数，所述特性参量由所述换向器片（4）的数量（n）除以磁极的极对（2p）的两倍数量得出。
4.根据权利要求1所述的直流电动机，其特征在于，所述电刷对的电刷尖端（12）朝相反的方向错开所述调整角（β）地布置，从而使得所述电刷（14）交替地换向。
5.根据权利要求1或2所述的直流电动机，其特征在于，所述电刷（14）分别具有电刷基体（10），其中所述相应的电刷尖端（12）偏心地布置在所述基体（10）上。
6.根据权利要求1或2所述的直流电动机，其特征在于，所述电刷（14）中的至少一个电刷构造为直的、弯曲的、香蕉形的和/或菱形的。
7.根据权利要求1或2所述的直流电动机，其特征在于，所述电刷（14）中的至少一个电刷配设有槽纹。
8.一种直流电动机***，其具有按照上述权利要求中任一项所述的直流电动机（1），其特征在于至少两组分别相同的电刷（6、14），所述电刷相对于电刷保持器（8）的装备是可选择的，其中所述电刷组在所述电刷尖端（12）关于其相应的基体（10）的结构方面有所不同，从而根据所选择的电刷组所述换向器（2）具有前换向或者后换向的并且交替地或者同时换向的电刷（6、14）。
9.一种用于制造用于根据权利要求5、6或7所述的直流电动机的电刷或者用于制造用于根据权利要求8所述的直流电动机***的电刷的方法，具有以下步骤：
- 提供具有电刷基体（10）和电刷接触体（11）的电刷（14）；
- 如此切削和/或磨削所述电刷接触体，从而保留关于所述电刷基体（10）偏心的电刷尖端（12）。
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