專利名稱：帶有新月型電刷的直流電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種直流電機，特別是帶有新月型電刷的一和二速四極永磁電機的電刷片。
最普通的直流(d.c)電機的電刷型式是豎直型電刷，這些例子發現于一些美國專利中。例如專利號為5006747，名稱為″電動發電機電刷的裝配和安裝方法″以及專利號為4596941，名稱為″電動機″等，用圖解說明了附著在彈簧桿上的電刷，彈性地安裝在電機端壁上，這仍是一種豎直型電刷。
另一種電刷型式叫做錘擊電刷。在美國專利4638204，名稱為″用于整流子電動機的錘擊電刷夾持器組件″中有所說明。該專利由西門子(Siemens)Aktiengesell schaft出版在1987，1，20。此電刷安裝于電刷夾持器中。該夾持器帶著與整流子相接觸的電刷在驅軸上轉動。電刷隨著可拆卸式電刷夾持器的轉動弧型而彎曲。
本電機的一個根本優點，是減少了電機總高度和總寬度，在應用中，電機的長度或寬度是一有利條件。
本發明的另一優點是在電機整個使用壽命中，保持電刷在整流子上的壓力。
本電機的再一個優點是提供了二速四級電機，在其中，電刷實質上包含在電樞的疊片中。
它還有另一優點是提供了一彎曲的或是新月型的電刷。并在整個電刷的壽命期間，保持電刷的壓力不變。
這些和其它的優點在下面詳細說明中將會更加明顯。
一直流永磁型電機，在其一端帶有機殼開口，在其另一支承軸承件的封閉端帶有一置于中心的孔。該電機的端蓋適用于封閉該機殼的開口。設置在該端蓋中心的為一軸承機構，以便用于與機殼封閉端的軸承件相對準。一彈簧裝置確定并保持該軸承機構于端蓋內，電樞裝置包括一可轉動安裝在一端的軸承機構之中的電樞軸，并且在機殼中的軸承件從中間聯接著軸的兩端，整流子裝在電樞軸上，而電樞包括著若干電樞線圈。
電刷片裝置固定在端蓋之內，并且安裝得使諸電刷與整流子相接觸，該電刷片裝置至少具有每個都有一電刷的徑向相對的一對電刷機構。該電刷片裝置包括一非導電基底件，它帶有一比整流子直徑大的中心孔。該基底件在其外周邊之內支承著至少一對電刷機構。該電刷機構帶有一用來保持和引導弧形電刷的弧形電刷管。利用安裝在基底件上的扭轉彈簧將每個電刷都裝得與整流子相接觸，用來在向著整流子弧形方向上傾斜每一電刷。
在第二實施例中，說明了一個二速四極電機，其中電刷片包括在環形電樞的周邊內用于每一速度的若干電刷，因此，這一電機也減小了高度或寬度。
在附圖中
圖1是一個兩極，單速的永磁電機最佳實施例的平面圖；圖2是圖1中的沿2-2線剖開的斷面圖；圖3是圖1電機的電刷片組件平面圖；圖4是圖1電機中電樞組件的斷面圖5是圖4中沿5-5線截開的電樞腹板平面圖；圖6是電刷平面圖；圖7是圖6中沿7-7線的截面圖；圖8是圖9中按箭頭8方向的電刷管的正視圖；圖9是電刷管局部剖視平面圖；圖10是一剖面圖，類似于圖2四級、二速的永磁電機的另一實施例的視圖；圖11是圖10電機的低速刷片組件平面圖；圖12是圖10電機的高速刷片組件平面圖；圖13是圖10電機的公共刷片組件平面圖；圖14是圖1電機的控制電路示意圖；圖15是圖14電機的實際控制臺；圖16是圖10所示電機的控制的現有技術線路圖；圖17是用于圖16電機線路控制的現有技術控制臺。
參考附圖，圖1中用參考字母表示了一單速二級永磁電機10的平面圖。電機罩12實際上是管狀型的，一端為封閉式。正如所展示的，電機罩12端部上設有若干個孔口14，其用途是供電機罩內部的空氣流入和流出。圖示的三個安裝支座16連接著或是由電機10的端蓋18形成。
參閱圖2，這里描繪了圖1直流電機10的一個斷面，其一端上有罩12的開口，并在閉合端的中央位置處設有孔口20，如圖所示。孔口包含在電機殼12的凹陷處，由此利用機殼12端部形成了需在內部的平面21。支撐在孔口20內的軸承件22，圖中示出為一球軸承。并且彈簧件24將軸承件22固定在合適的位置內，沿機殼12內側裝有若干塊永磁鐵26，用于供給電機10磁通量。
在最佳實例中，在機殼12敝開端封閉機蓋12的端蓋18有若干個安裝支座16與之相連或由其形成，其作用為用來支撐電機。端蓋18裝有軸承件28，如所描繪的為一由軸承材料所形成的整體軸承。它實際上被安置于中央，并且在機殼12封閉端處的孔20中與軸承件22相對準。用于定位和保持軸承28的彈簧30支撐在端蓋18內，并且實際上被定位在端蓋的壁中。
如圖4所描繪的，電樞裝置32包括電樞軸34，整流子36和電樞38，裝置32用軸承件22和軸承機構28支撐著加以旋轉。安裝在電樞軸34上并在兩軸承之間的是帶有若干整流子棒40的整流子36，每個棒40都帶有鉤形物42，整流子36上的每一條棒與電樞38中的繞組44相連接。與傳統的鉤形物相比，鉤形物42所繪出的反方向形式能夠更加壓縮圖2中的電機寬度或高度″X″。
安裝在電樞軸上的還有腹板46(如圖4所示)，它支撐著電樞38的疊片48。諸疊片48為環形，并且在腹板件兩側用相等數目的疊片安裝在腹板件46的兩平表面49-50上，用來平衡該電樞(見圖4)。如果疊片數不相等，可以疊片短的一疊上附加一平衡配重(未示出)，以便平衡。如圖5所示，腹板件46有若干從輪體54延伸出來的徑向延伸的狹槽52，以允許自整流子36的鉤形件42通過其中延展。
電刷片機構56(如圖3所示)裝在端蓋18之內，并至少有一對裝在非導電的基底件60上的完全相反的電刷件58。如所示的那樣，有兩對電刷件裝在電刷片機構56上，基底件60帶有直徑比整流子60的直徑大的中心孔62，從而允許整流子在其中延伸。在該較佳實施例中，基底件60的形狀大致是圓形的，并支撐基底件周邊或外圓內側的該對電刷件58。如圖3所示，電刷片機構56另外還包括電連接的扼流圈件64。用于減少電磁干擾。
表示在圖8-9中的電刷件58包括一弧形的電刷管66，它有如圖6-7中所示的支撐于其中的新月型或弧形的電刷68。電刷片機構56被定位，致使諸電刷68與整流子相接觸。弧形電刷管66夾持并引導新月型電刷68保持與整流子36相接觸。這一點表示在圖3之中。裝在基底件60上的是一扭曲彈簧70，用來在向著整流子36的弧形方向上偏轉每個所說的電刷68。扭曲彈簧被定位在支撐柱72上，支撐柱72最貼近電刷68的弧中心。按這種方式，由于電刷68磨損，在電刷磨損期間，扭曲彈簧70將施加同樣的壓力于該電刷。
如圖4所示，整流子36靠著腹板54安裝并大致在由環形電樞38所形成的圓筒之內。這種做法使電機10的高度(X)得以減小。裝在端蓋18中的電刷片機構56落入并基本上包含在由電樞38的環狀疊片所形成的內容積中。如圖2中所示。可將整流子成型以提供一用于在端蓋18中的軸承裝置的凹處74，以便于軸承裝置進一步延伸入電機10，從而減小電機高度X。
參照圖14和15，分別為本發明的兩極、單速電機的電路圖和真值表。這一電路圖和真值表是眾所周知的。
參照圖10，其中表示出-四極二速電機100。基本的四極、二速電機描述在4910790號美國專利中。在這一實施例中的電刷片機構102表示在圖11-14中。
二速，直流電機100包括第一和第二整流子104、106安裝在電樞軸108上，第二整流子106包在第一整流子104之上并與之緣絕。該二整流子安裝在電樞軸108上的軸承裝置110和軸承件112之間處。如圖所示，電樞裝置114包括若干安裝在帶有中心輪體120的腹板件上的環狀疊片116，該中心輪體120用于安裝在電樞軸108上的第一整流子104與軸承件112之間處。腹板件118表示為若干個平板件，每個平板件有若干從軸體120徑向延伸的狹槽，通過它鉤形裝置122從每一整流子104、106延伸。
安裝到圖10電機100的端蓋124上的為帶有第一、第二和第三基本件132、134、136的電刷片機構102。第一基片件132與圖4和圖11所表示的相類似。當四極二速電機在低速工作時，第一基片件132，為電活性的，而在高速下，第三基片件134為電活性的。
第一基片件132表示在圖11中，在第一基片件132中的第一孔138的直徑大于第一整流子104的直徑。第一基片件支撐在第一基片件外圈邊之內的兩對電刷機構58。圖示為在基片件132上的兩對電刷機構58。電刷機構58具有弧形電刷管66，用它來夾持和引導弧形或新月型電刷68，并且對第一基片件132，一扭曲彈簧安裝在彈簧軸72上，用于在弧形方向上向著第一整流子104傾斜每個電刷68。第一基片件支撐著扼流圈件64。
圖13中表示第三基片件136。在第三基片件136中的第一孔138的直徑大于第一整流子104的直徑。第二基片件134是負電的，普通的或接地的電元件，并接受公共的電連接。安裝在第二基片件上的是扼流圈件64。
圖12中表示了第二基片件134。在第二基片件134中的孔140直徑大于第二整流子106的直徑。該第三基片件支撐在第三基片件外周邊之內的兩對電刷機構58，電刷機構58具有用于夾持和引導弧形或新月形電刷68的弧形電刷管66，以及對第三基片件134安裝在彈簧軸72上的扭曲彈簧70，用于在弧形方向上向著第二整流子106傾斜每個電刷68，安裝在第三基片件上的是扼流圈64。
電刷片機構102在第一和第三基片件132和134之間已放置第二或負的電刷片136。三個電刷片一起形成疊片電刷片機構102。這一點表示在圖10中。
由于這一電機具有兩個整流子104、106，整流子的軸向長度比表示在圖2中的電機10長。因此，腹板118沒有相同數目的疊片116固定到該腹板的每個面上。腹板118的該側帶有較大的疊片層116，使電刷片機構102要加以定位，致使電刷件58(它安放在第二整流子106上)，由環形轉子疊片116形成在該容積之中。
如在，790專利中所述的，電樞繞組的兩層128和130通過疊片116加以纏繞。繞組的內層128連接著第二整流子106，用于高速操作，而繞組的外層130連接到第一整流子104，用于低速操作。
參照圖16，該二速電機100可由一對控制開關142、144加以控制，開關142和144是不相容的，在其中，如果一為關則另一必為開。這一點表示在圖17的真值表中。實際上兩開關142、144可在同時打開，但不可在同時關閉或工作。供給兩開關142、144的電源可為全電壓電源。第一開關142的常規開接觸通過扼流圈64被連接到低速或第一整流子104的一對電刷上。在第一電刷片132上的第二對電刷被接到第二電刷片136上。第二開關144的常規開接觸通過扼流圈64被連接到高速工件上的或第二整流子106的第三電刷片140上的一對電刷。第二對電刷連接到第三基片件136上。地線則連接到該第三基片件136上。因此為了在第二或低速下操作電機，則兩繞組相串聯，通過每個繞組的電壓降正比于繞組的電阻。當電機在第一或高速下運行時，通過第二開關144和扼流圈64將電源連接到第二整流子的諸電刷和高速繞組上，所連接的跨接每條電源線的是第一和第二濾波電容146，它與三個扼流圈相配合工作，以抑止無線電頻率的干擾。
權利要求
1.一種直流電機，在其一端有一機殼開口并有一孔中心設置于封閉端之內，該孔支撐一軸承件；一永久磁場；一端蓋適用于封閉在機殼開口端的機殼；中心設置在端蓋中的軸承裝置用來與機殼中心孔相對準；用于將端蓋中的軸承裝置定位并保持的彈簧裝置；電樞裝置包括一電樞軸，一整流子，以及一電樞，電樞軸可轉動地裝入在一端的軸承裝置中，而且軸承件在機殼中的軸的兩端中間處；電刷片裝置，安裝著至少一對徑向相對的電刷裝置(每一個都有一電刷)，該電刷片裝置裝入端蓋并加以定位，以使諸電刷與整流子相接觸；其特征在于，所說的電刷片裝置包括一非導電的基底件，該基底件帶有直徑比整流子直徑大的中心孔，基底件在其外周邊之內支撐著至少一對電刷裝置，并且所說的電刷裝置有一弧形電刷管，用來夾持和引導新月型的電刷，以及一裝到所說基底上的扭曲彈簧在弧形方向上向著整流子傾斜所說的每一個電刷。
2.按照權利要求1所述的直充電機，其特征在于所說的電樞包括若干裝在腹板件上的環狀疊片，該腹板有用來將電樞軸裝到軸承裝置和軸承件之間處的中心輪體。
3.按照權利要求2所述的直流電機，其特征在于所說的腹板件具有若干從所說的輪體徑向延伸的狹槽。
4.按照權利要求3所述的直流電機，其特征在于所說的疊片安裝在所說腹板件的兩平表面上。
5.按照權利要求3所述的直流電機，其特征在于所說的狹槽數目等于整流子中心棒的數目。
6.按照權利要求3所述的直流電機，其特征在于整流子靠近所說的輪體加以安裝，并基本上在環形電樞所形成的圓筒之內。
7.按照權利要求6所述的直流電機，其特征在于所說的電刷片裝置安裝到端蓋上，并且所說的至少一對徑向相對著的電刷件基本上包含在所說的環形電樞之內。
8.按照權利要求1所述的直流電機，其特征在于所說的電刷片裝置還包括用于減小電磁干撓而電耦合到所說的電刷上的扼流圈裝置。
9.按照權利要求1所述的直流電機，其特征在于，還包括一安裝在電樞軸上的第二個整流子，所說的第二個整流子在第一個整流子之外緣并與之絕緣。
10.按照權利要求9所述的直流電機，還包括一第二電刷片裝置，其特征在于所說的第二電刷片裝置包括第一、第二和第三非導電基片件，第一和第三基片件帶有直徑大于第一整流子直徑的中心孔，并且第二基片件帶有直徑大于第二整流子直徑的中心孔，每個基片件在所述基片件外周邊之內支撐著至少一對電刷件。
11.按照權利要求10所述的直流電機，其特征在于所說的每個第一和第二基片包括一用于保持和引導每個新月型電刷的弧形電刷管，并且一扭曲彈簧安裝到所說的每個基片上，該彈簧將所說的每個基片按弧形方向分別朝著第一和第二整流子傾斜。
12.按照權利要求9所說的直流電機，其特征在于所說的電樞包括若干安裝在腹板件上的環形疊片，該腹板件帶有一用于安裝到電樞軸的第一整流子和軸承件之間處的中心輪體，所述腹板件具有若干從所說的輪體徑向延伸、用以容納來自各所述第一和第二整流子的所述鉤形件的狹槽。
13.一種用于帶有基片件的電機的電刷片，其特征在于至少一個電刷管安裝在所說的基片件上，一彈簧柱安裝到所說的基片件上，一新月型電刷放置于所說的電刷管內，并且一扭曲彈簧裝置安裝到用于在第一方向上傾斜所說新月型電刷的所說的彈簧柱上。
14.按照權利要求13所述的電刷片，其特征在于還包括用于減小電磁干擾的與所說的每個電刷電連接的扼流圈裝置。
全文摘要
一種單速、兩極永磁電機(10)，具有帶新月型電刷(68)的緊湊電刷片組件(56)，安裝在由形成轉子(38)的許多環形疊片(48)所構成的容積內，使該電機的高度“X”比標準電機小很多。此外，還介紹了二速、四極永磁電機(100)，它具有比標準二速電機小很多的高度。在每種電機中，都有電連接于電源線的扼流圈(64)，并且橫跨每條電源線為一電容(146)，用于抑止無線電頻率的干擾。
文檔編號H02K13/00GK1127951SQ9510515
公開日1996年7月31日 申請日期1995年4月21日 優先權日1994年4月21日
發明者M·霍斯基 申請人:西門子電氣有限公司