碳换向器及其制造方法技术

电马达的碳片面型换向器组件（１２）包括铜导体部分（１４）的环形布置，用导电树脂接合碳成分来复制模制该环形布置，通过小孔（３４）该导电树脂接合碳成分机械地联锁住导体部分（１４），并且限制出换向表面（２２）。然后，把碳复制模切成相同的片（１８），这些片（１８）具有径向切开的圆饼式片的总体形状。然后通过绕着这些碳片（１８）和在这些碳片（１８）下方复制模制绝缘体材料来形成环形轮毂（２４）。每个碳片具有带有内架掣子（４８）的内顶壁（４４）和带有外架掣子（５０）的外顶壁（４６）。碳换向器比较坚固，因为壁（４４，４６）和掣子（４８，５０）机械地联锁住这些碳片。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳换向器
本专利技术总体上涉及电马达的碳片换向器(Commutator)和它的制造方法。
技术介绍
有时，永磁直流马达用于浸没式燃料泵应用中。这些马达一般采用面型换向器或者圆柱型或者桶形换向器。面型换向器具有平的、圆形换向表面，该换向表面设置在垂直于电枢旋转轴线的平面上。桶形换向器具有弧形、圆柱形换向表面，该换向表面设置在圆柱的外表面上，并绕着电枢旋转轴线而共轴线地设置。与换向表面形状无关，用于浸没式燃料泵应用中的电马达一定得小和紧凑，一定得具有较长的使用寿命，可以在易腐蚀的环境中进行工作，制造和工作费用一定得低，并且基本上不需要维护。有时，浸没式燃料泵马达一定工作在含有氧化合物如甲醇和乙醇的流体燃料介质中。酒精增加了燃料的导电性，因此增加了电化反应，而电化反应除镀任何露出到燃料中的铜马达元件。为此，有时用碳和碳成分形成带有马达的切断的换向表面的碳片。这是因为碳换向器不能被腐蚀或者“除镀”，如铜换向器一样。带有碳片的换向器还一般包括金属接触部分，这些接触部分与碳片处于电接触，并且提供把每个电接触物理地连接到电枢线圈金属丝上的未端。通过首先模制和热处理可模制的碳化合物，或者机加工热处理过的碳或者碳/石墨块，从而形成碳换向器，这些是公知的。这种布置公开在德国专利公开3150505.8中。然后，换向器绝缘轮毂被形成来支撑金属基体。在碳接合到金属基体之前或者之后，轮毂可以直接模制成金属基体。然后，通过碳制品和金属基体来机加工出槽，从而把碳制品和基体分离成许多电绝缘的片。还需要机加工出换向器的内径、外-->径和换向表面。在把完工的换向器装配到电枢之后，在最后的复制模制(overmolding)工序中，蛤壳型模可以设置在新近装配好的换向器电枢的上方。该蛤壳型模的开口端形成来以这样的方式绕着换向器进行密封：留下露出来的换向表面。然后把绝缘体材料喷射到蛤壳型模中。一旦绝缘材料固化，那么除去蛤壳模。这种最后的过模步骤可防止铜电枢绕组和其它易腐蚀元件与周围流体如氧化燃料进行化学反应。复制模还确保金属丝减少应力故障的可能性，并且保持合适的动力平衡水平。在泵中，复制模还将减少空气阻力损失。在制造这种换向器时，把切口加工到金属基体中或者通过金属基体来加工切口，产生了金属片。这些金属片堵塞在产生电绝缘(失效)的片之间的槽中。机加工到金属基体中还露出了基体的切口部分，从而使氧化燃料产生腐蚀效果。在机加工换向器的碳和金属基本部分从而形成电绝缘片的地方，提供一些型式的支撑结构来加强换向器，并且机械地把碳片和导体部分结合起来。这种支撑结构有时需要换向器具有相当大的辅助轴向空间，该轴向空间增加了电枢换向器组件的总体轴向长度，和或减少了绕在电枢上的金属丝的大小和数量。对一些种类的导电树脂接合碳成分而言，当它固化时，绝缘表面层实质上形成在该成分的外部表面上。这个表面层形成了碳成分和金属导体部分之间的电接触的阻碍。因此，使用了这种成分的碳换向器一定提供了通过绝缘表面层的电通道。一种解决这些问题的方法公开在美国专利5386167中，该专利于1995.1.31授权给Strobi(Strobi专利)。该Strobi专利示出了由导电树脂接合的碳成分(Composition)组成的碳盘。为了避免与加工成金属基体有关的问题，碳盘复制模制成8个饼片型铜片，然后在这些片之间径向切开，从而形成8个电绝缘碳片。塑料基体使铜片安装在复制模制碳的位置上，并且在碳片之间提供机械联锁。但是，塑料基体增加了换向器的轴向厚度。此外，Strobi专利没有提供这样的结构：-->该结构提供通过碳成分表面层的电通道，或者该结构可以减少电阻。所需要的碳片换向器比较坚固，并产生通过增加的碳到位于碳片内的铜接触及通过任何可形成的绝缘表面层的较小电阻。还有，所需要的方法可以制造这种换向器，而这种方法只需要较少的机加工时间并提供较长的设备寿命。本专利技术的概述根据本专利技术，提供了一种碳片换向器组件，在该组件中，在具有向上突出部的、预冲压成形的金属基体上模制出碳盘，在切出径向槽之前，在碳复制模基体上模制出绝缘轮毂。换向器组件包括：至少两个圆周间隔布置的导体部分的环形布置，该导体部分绕着旋转轴线而布置；至少两个圆周间隔布置的碳片的环形布置，这些碳片由导电的碳成分形成。每个碳片至少模制成一个与一个导体部分相应的表面，该导体部分具有限制出换向器的切断的换向表面的环形布置。经复制模制的绝缘轮毂绕着碳片和在碳片之间进行布置。绝缘体轮毂机械地联锁住碳片。每个导体部分至少具有一个导体突出部，该突出部至少局部地嵌入在相应的一个经复制模制的碳片中。根据本专利技术的一个方面，提供了一种形成上述碳片换向器组件的方法。该方法包括：形成导体部分的环形布置，然后，通过把导电树脂接合碳成分模制到环形导体部分布置上来形成碳复制模。在碳模制期间，在与换向表面相对的碳复制模(carbon overmold)的内表面上形成内槽。接着，通过用绝缘体材料来复制模制(overmolding)碳复制模和导体部分布置，从而形成绝缘体轮毂，该绝缘体材料至少局部占住内槽并且机械地联锁住碳片。最后，从碳复制模的换向表面向内直到内槽机加工出槽，从而形成电绝缘碳片的环形布置。与现有技术的换向器不同，本专利技术填充的内槽只留下了要加工的碳片的薄部分，从而电绝缘碳片。这至少产生了3个优点：这些浅槽使得换向器更加坚固和/或轴向更短，切出这些槽所需要的机加工时间更短，设备磨损减少，因此延长了设备寿命。此外，通过增加导体部分和它们的相应碳片之间的表面积接触，本-->专利技术的导体突出部减少了电阻。该突出部还提供了通过增加的碳到位于碳片内的铜接触的较小电阻，并且形成通过任何绝缘表面层的电通道，该表面层形成在由某种碳成分形成的碳片上方。附图说明为了更好地理解和知道本专利技术，结合附图参照下面的详细描述：图1是根据本专利技术构造而成的碳面型换向器组件的顶视图；图2是沿线2-2截取的、图1的换向器组件的横截面视图；图2A是图2所示的另一个换向器组件结构的横剖面视图；图3是图1的换向器组件的侧视图；图4是根据本专利技术从正方形铜坯料中冲压成形的铜导体部分的布置的顶视图；图5是图4的冲压成形的铜坯料的侧视图；图6是根据本专利技术的、把碳成分环复制模制到图5的冲压成形的铜坯料上的顶视图；图7是沿着图6的线7-7截取的、图6的经复制模制的冲压成形的坯料的横截面图；图8是图6的经复制模制的冲压成形的坯料的底视图；图9是蛤壳型模的局部横截面、局部切开透视图，该蛤壳型模环绕着装配到根据本专利技术构造而成的换向器组件上的电枢而设置；图10是根据本专利技术构造而成的另一个导体部分的透视图；及图11是根据本专利技术构造而成的另一个导体部分柄舌的顶视图。优选实施例的详细描述在图1-3和9中，一般用12表示电马达的平面型碳片换向器组件。换向器组件12包括8个沿圆周方向间隔布置的导体部分的环形布置，在附图1-11中，这些导体部分一般用14来表面。每个导体部分14是一种薄的、平的、基本上呈三角形的铜片。如图1-9所示，导体部分14环绕着导体旋转轴线16而布置。每个导体部分14一般具有与所有其它导体部分14一样的扇形。换句话说，最好如图4所示一样，每个导体部分14具有饼式片的形状，该饼式片由圆形，径向切开的饼形-->体切割而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电马达的碳片换向器组件，该换向器组件包括： 至少两个圆周间隔布置的导体部分的环形布置，该导体部分绕着旋转轴线而布置； 至少两个圆周间隔布置的碳片的环形布置，这些碳片由导电的碳成分形成，每个碳片至少复制模制成一个与一个导体部分相应的表面，该环形布置限制出换向器的切断的换向表面； 一过模绝缘轮毂，绕着所述碳片和在所述碳片之间进行布置，绝缘体轮毂机械地联锁住所述碳片，并且包括一个外表面； 每个导体部分至少具有一个导体突出部，该突出部至少局部嵌入在相应的一个经复制模制的碳片中，从而通过增加每个导体部分和它的相应碳片之间的表面积接触来减少电阻。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 1997-10-3 08/937,3071.一种电马达的碳片换向器组件，该换向器组件包括：至少两个圆周间隔布置的导体部分的环形布置，该导体部分绕着旋转轴线而布置；至少两个圆周间隔布置的碳片的环形布置，这些碳片由导电的碳成分形成，每个碳片至少复制模制成一个与一个导体部分相应的表面，该环形布置限制出换向器的切断的换向表面；一过模绝缘轮毂，绕着所述碳片和在所述碳片之间进行布置，绝缘体轮毂机械地联锁住所述碳片，并且包括一个外表面；每个导体部分至少具有一个导体突出部，该突出部至少局部嵌入在相应的一个经复制模制的碳片中，从而通过增加每个导体部分和它的相应碳片之间的表面积接触来减少电阻。2.如权利要求1所述的换向器组件，其特征在于；所述导体突出部包括多个窄的细长的金属股。3.如权利要求1所述的换向器组件，其特征在于；所述导体部分由铜制成。4.如权利要求1所述的换向器组件，其特征在于；所述换向器组件是平面型换向器组件。5.如权利要求4所述的换向器组件，其特征在于；每个导体部分包括向外延伸的柄舌部分，每个导体部分嵌入在绝缘体轮毂和经复制模制的碳片之间，而每个导体部分的柄舌部分从绝缘体轮毂外表面上向外突出。6.如权利要求5所述的换向器组件，还包括分开碳部分的径向空隙，每个空隙具有填充有轮毂绝缘体材料的内槽部分和没有填充的外槽部分，绝缘体轮毂包括圆周接合区，而该接合区设置在柄舌和空隙的没有填充的外槽部分之间。7.如权利要求1所述的换向器组件，其特征在于；碳片包括碳粉未和载体材料的成分。-->8.如权利要求7所述的换向器组件，其特征在于；碳片包括金属颗粒，而该金属颗粒嵌入在碳粉未和载体材料的成分之中。9.如权利要求7所述的换向器组件，其特征在于；载体材料是从包括酚树脂、热固性树脂和热塑性树脂的组中选择出来。10.如权利要求7所述的换向器组件，其特征在于；50-80％的碳成分重量由石墨形成。11.一种电马达的碳片换向器组件，该换向器组件包括：至少两个圆周间隔布置的导体部分的环形布置，该导体部分绕着旋转轴线而布置；至少两个圆周间隔布置的碳片的环形布置，所述碳片由导电的碳成分形成，每个碳片至少复制模制成一个与一个导体部分相应的表面，该环形布置限制出换向器的切断的换向表面；经复制模制的绝缘体轮毂绕着所述碳片和在所述碳片之间进行布置，绝缘体轮毂机械地联锁住...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉A齐格勒，威廉A鲍尔，
申请(专利权)人：麦考德温特克斯特恩公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]