用于小型发动机的换向器及其制造方法技术

本发明专利技术通过选择镀层材料的优化组合，不仅降低了发动机电刷的制造成本，而且在电刷基材表面的窄宽度上形成具有良好性能和预定厚度的镀层。通过在发动机换向器上滑动的电刷滑动部分、以及整体细长并且支撑着电刷滑动部分的板形电刷基材来形成本发明专利技术。通过在支撑电刷滑动部分的电刷基材长度方向的一部分上形成预定长度的Ｐｄ镀层部分来形成电刷滑动部分。经由Ｎｉ底镀层在电刷基底上镀覆Ｐｄ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种主要用于驱动音频和视频设备的小型发动机的换向器及其制备方法。尤其是，本专利技术涉及一种用于小型发动机的低成本换向器及其制备方法，其中，电刷与换向器的接触状态稳定，并且电刷的滑动部分和换向器的磨损降低。
技术介绍
图7为普通小型发动机的典型视图。图7(A)是其整体的纵向视图。图7(B)是从发动机内侧看到的端盖视图。磁体9被放置在金属外壳5中。通过将转子磁极和换向器4组装成一个单元来形成转子，其中磁极由传动轴1上的层压芯2和线圈3组成。在通过金属外壳5的一个开口将在传动轴1上组装成一个单元的发动机插入之后，安装端盖6以封闭金属外壳5的开口。与换向器4接触的一对电刷8，8通过由合成树脂制成的电刷把持器7来连接，安装该把持器使其固定在端盖6所提供的孔中。电刷8，8在与换向器接触的长度方向上的相对的端部分别与终端10相连，该终端10伸到端盖6之外。一般在该图中所示的电刷8，8为所谓的金属电刷，它们均具有板形悬臂弹簧的形状。另外，还可构成尾端部分设置有叉形切口的电刷8，8。传动轴1的延伸部分从金属外壳5的底部伸出，此时端盖6被安装在金属外壳5上，通过设置在金属外壳底部和端盖6上的轴承来可旋转地支撑转子。此时，设置电刷8使其与换向器4接触。外部电源所提供的电流经由电刷8和换向器4流入缠绕在转子磁极周围的线圈3中，从而可驱动发动机旋转。用于这种小型发动机的电刷通常由这样一种材料制成一般由铜基合金组成的电刷基材复合有AgPd合金。铜基合金例如是CuNiZn合金。除了铜基合金以外，铁基合金(比如，不锈钢)也可用作电刷的基材。图8为相关技术中电刷的常规制备方法示意图。如图8(A)所示，制备了细长的AgPd(银钯)条形材料，另外，在由板型铜基合金组成的电刷基材的表面上形成了与此条形材料形状相一致的沟槽。接下来，在将此AgPd条形材料放入铜基合金表面上的沟槽后，将电刷基材整理成复合材料，并且通过轧制等类似工艺在该复合材料上形成扩散层。此后，通过压制图8(B)所示的构件(AgPd复合材料)，可同时冲压出许多的电刷形状，从而完成了电刷的制造。通过仅限于在相对于换向器的滑动部分上使用明显比铜基合金贵的AgPd合金可降低电刷的材料成本。但是，由于随着AgPd厚度的降低，制造成本也提高，因此，通过减小AgPd厚度来降低成本是有限的。另外，减小AgPd的宽度(细长电刷的长度方向)也是有限的。AgPd复合材料的问题在于由于其产率约为70％，因此生产效率低，并且订货至交货的时间较长(从订货到完成的时间)。另外，AgPd在AgPd复合材料中的位置主要取决于沟槽的制造，因此其尺寸精确性并不很高。通常，由于使用了厚度为5至10μm的相对较厚的AgPd，尽管AgPd复合材料被用于发动机的电刷，但是进一步降低包括材料成本和制造成本在内的生产成本是有限的。日本公开特许公报No.2-59236公开了通过镀覆而非复合材料来形成电刷的技术。通过镀覆在铜基合金的表面形成三层。第一层是通过沉积厚度为0.1至10μm的Cr、Ni、Ni合金和Re中的任一种而形成的，第二层是通过沉积厚度为0.1至10μm的Rh、Pt、Pd和Ru中的任一种而形成的，第三层是通过沉积厚度为0.1至10μm的Au、Ag和Au-Ag中的任一种而形成的。尽管如上所述可通过镀覆来沉积薄的贵金属层，但是，考虑到发动机的电刷被滑动使用，同时电流在电刷和换向器之间流动，并且即使长时间使用后也必须保持预定的性能，因此形成的薄镀层是有限的。因此，当铜基合金的整个表面被镀层覆盖时，尤其在使用贵金属进行镀覆时，材料成本无法降低。另外，与电刷器件联合使用的换向器元件通常主要使用复合技术来形成。通过利用贵金属比如AgCuNi复合在基材表面来形成换向器元件。正如关于电刷的描述，该复合贵金属在降低厚度方面有限。而且，考虑到在发动机的旋转过程中，由于电刷一直与换向器表面滑动接触，为了获得必需的使用寿命，不能仅仅将贵金属层制成薄层。
技术实现思路
为了降低电刷的材料成本，优选对换向器滑动部分而非电刷基材的整个表面进行镀覆。但是，在这种情况下，如果镀覆在很窄的宽度(电刷的长度方向)内进行、而不是在很宽的范围内进行并且为了达到预定的性能而镀覆预定的厚度，就会出现镀层剥落或者在电镀层中产生微裂纹的危害。由上述的观点来看，本专利技术的目的不仅是降低发动机电刷的生产成本，而且要在电刷基材表面的窄宽度内、通过选择镀层材料的优化组合而形成大于预定厚度的具有良好特性的镀层。另外，本专利技术的另一目的是，为与利用前述镀层形成的电刷结合使用的换向器提供换向器元件构造，当换向器元件与镀覆形成的电刷结合使用时，此构造可获得良好的特性。本专利技术用于小型发动机的换向器包括在发动机换向器上滑动的电刷滑动部分和板形电刷基材，该基材整体细长并且支撑着电刷滑动部分。通过在支撑电刷滑动部分的电刷基材的长度方向的一部分上形成预定长度的钯(Pd)镀层部分来形成电刷的滑动部分。经由镍(Ni)底镀层在电刷基材上进行Pd的镀覆。另外，通过在Pd镀层部分的表面内或周围含有碳(C)来形成电刷滑动部分。另外，组成发动机换向器的大量换向器元件中的每一个均包括与电刷滑动部分滑动接触的换向器元件滑动部分、以及支撑换向器元件滑动部分的换向器元件基材。通过在支撑换向器元件滑动部分的换向器元件基材的一部分上形成预定长度的贵金属镀层部分来形成换向器元件的滑动部分。将换向器的外径尺寸视为A，则相邻换向器元件之间的间距在0.08A至0.24A的范围内。另外，根据本专利技术制备方法所生产的用于小型发动机的换向器具有板形电刷基材，该基材整体细长并且支撑着在发动机换向器上滑动的电刷滑动部分。在电刷基材上进行Ni镀覆；通过在经过Ni镀覆的电刷基材的长度方向的一部分上沉积预定长度的Pd来形成电刷滑动部分；然后，通过压制将材料冲压成所需要的形状。在本专利技术中，由于在经由Ni底层镀覆的电刷基材上进行Pd的镀覆来形成电刷滑动部分，所以可以形成这样的电刷滑动部分，即贵金属厚度很小的电刷滑动部分。因此，其成本低。另外，由于制备方法的缘故，与AgPd复合材料相比，还可缩短在电刷长度方向上的Pd镀覆部分的长度。由此可降低成本。例如，与使用AgPd复合材料的常规电刷相比较，Pd镀覆的电刷成本降低约23％。另外，与AgPd复合材料不同，镀覆Pd的电刷不需要经过轧制，并且当材料具有一定的板厚时进行Pd镀覆。因此，尺寸精确度比如镀覆Pd的位置和宽度较高。也就是说，可固定必要的尺寸。与AgPd复合材料不同的是，可易于调节Pd镀层的厚度等，并且产量高。因此，生产效率高，订货至交货的时间短，从而可提供廉价的满足市场需求的小型发动机。对于铜基合金等中含Zn的材料，当利用AgPd复合材料时，会产生这样的问题在生产过程中由于热处理而使Zn流出，并且在AgPd部分产生微裂纹、或形成PdZn，造成不均匀的旋转。相反，在镀覆Pd的情况下，其优势是不产生PdZn等，这是因为在整体表面都镀覆了Ni，并且生产工艺不包括热处理。另外，已经发现，当与镀覆贵金属的换向器元件结合使用时，本专利技术的电刷器件显示了更加优越的特性。沉积在与镀覆Pd的电刷滑动接触的换向器元件上的贵金属层具有足够的使用寿命，即使该层是通过镀覆形成的薄层亦如此。而且，通过利用镀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于小型发动机的换向器，它包括在发动机换向器上滑动的电刷滑动部分、以及整体细长并且支撑所述电刷滑动部分的板形电刷基材，其中通过在支撑电刷滑动部分的电刷基材的长度方向的一部分上形成预定长度的钯Ｐｄ镀层部分来形成所述电刷滑动部分；并 且所述Ｐｄ镀层是经由镍Ｎｉ底镀层而施加在电刷基材上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：染谷良一，土持司，小岛淳一，
申请(专利权)人：马渊马达株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]