本發(fā)明涉及一種換向器、使用該換向器的電機(jī)及換向器的制備方法。

背景技術(shù)：

石墨換向器作為油泵電機(jī)中最重要的結(jié)構(gòu)部件之一，其質(zhì)量優(yōu)劣成為衡量電機(jī)性能的重要指標(biāo)。

現(xiàn)有的石墨換向器的主要組成為：石墨(炭)片；銅片；石墨片是用來導(dǎo)電和作為磨損件。銅片是用作導(dǎo)電和電機(jī)繞組的連接。石墨片和銅片的連接與裝配是石墨換向器制造工藝技術(shù)的重點(diǎn)之一?，F(xiàn)有的制造工藝之一是先用電鍍的方法將石墨片表面金屬化，然后再將銅片通過填加焊料的方法焊接在一起。此設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是電鍍工藝成本高，不環(huán)保且石墨片容易脫落?，F(xiàn)有的制造工藝之二是通過直接粉末壓制的工藝將炭粉和純金屬粉(主要是銅粉)壓制然后低溫固化熱處理工藝形成表面金屬化的石墨片，后期工藝也是采用焊接的方法連接銅片。這種設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是由于不能使用高溫?zé)崽幚淼姆椒?比如500度以上燒結(jié)溫度)造成產(chǎn)品電阻高，電機(jī)效率低。產(chǎn)品如果高溫?zé)崽幚?，由于石墨材料與金屬材料的熱膨脹系數(shù)的差異，此種結(jié)構(gòu)在石墨層與金屬層的連接處很容易開裂?，F(xiàn)有的制造工藝之三是用高溫釬焊的方法直接焊接石墨片和銅片，此種工藝的缺點(diǎn)是成本高且造成銅片軟化不利于后期電機(jī)的裝配。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于此，有必要提供一種換向器、使用該換向器的電機(jī)以及換向器的制備方法。

本發(fā)明的實(shí)施例提供一種換向器，包括絕緣基座及設(shè)于所述絕緣基座上的若干換向片，每一換向片包括依序設(shè)置于基座上的金屬層、過渡層及碳層，所述過渡層含有與碳層相同的材料及與金屬層相同的材料。

作為一種優(yōu)選方案，所述換向器還包括多個(gè)導(dǎo)電端子，所述導(dǎo)電端子一一對(duì)應(yīng)地連接于所述換向片。

作為一種優(yōu)選方案，所述碳層的材料為碳粉，所述碳粉選自天然石墨、人造石墨以及中間相炭微球的一種或多種組合。

作為一種優(yōu)選方案，所述過渡層的材料選自碳粉與金屬粉。

作為一種優(yōu)選方案，所述過渡層中碳粉質(zhì)量比為10％-30％，所述金屬粉質(zhì)量比為70％-90％。

作為一種優(yōu)選方案，所述碳粉選自天然石墨，人造石墨，焦炭以及中間相炭微球的一種或多種組合，所述金屬粉選自al、cu、ag、ni、bi、sb或至少含有一種這些金屬的合金。

作為一種優(yōu)選方案，所述金屬層的材料為金屬粉，所述金屬粉選自al、cu、ag、ni、bi、sb或至少含有一種這些金屬的合金。

作為一種優(yōu)選方案，所述過渡層的厚度范圍為100μm-500μm，所述金屬層的厚度范圍為100μm-500μm，所述的碳層的厚度范圍為1600-2400μm。

一種電機(jī)，電機(jī)包括殼體、裝設(shè)于所述殼體內(nèi)的轉(zhuǎn)子以及電刷，所述電機(jī)還包括上述任一項(xiàng)所述的用于與所述電刷滑動(dòng)接觸的換向器。

一種換向器的制備方法，包括：

填充碳粉與金屬粉的其中一種于模具中，通過壓制所述碳粉形成碳層或壓制金屬粉形成金屬層；

在所述碳層或金屬層之上，在模具中填充所述碳粉及金屬粉，通過壓制在所述碳層或金屬層之上形成過渡層；

在所述過渡層之上，填充所述金屬粉與碳粉的另一種于所述模具中，通過壓制在過渡層上形成金屬層或碳層；

壓制所述碳層、過渡層以及金屬層形成生坯；

燒結(jié)所述生坯。

作為一種優(yōu)選方案，所述碳層的碳粉選自天然石墨、人造石墨以及中間相炭微球的一種或多種組合。

作為一種優(yōu)選方案，所述過渡層中碳粉質(zhì)量比為10％-30％，所述金屬粉質(zhì)量比為70％-90％。

作為一種優(yōu)選方案，所述碳粉選自選自天然石墨，人造石墨，焦炭以及中間相炭微球的一種或多種組合，所述金屬粉選自al、cu、ag、ni、bi、sb或至少含有一種這些金屬的合金。

作為一種優(yōu)選方案，所述過渡層的厚度范圍為100μm-500μm，所述金屬層的厚度范圍為100μm-500μm，所述碳層的厚度范圍為1600-2400μm。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過增加中間過渡層解決了現(xiàn)有設(shè)計(jì)的電阻高和電機(jī)效率低的問題，并且解決了在高溫?zé)Y(jié)條件下金屬層與石墨層開裂的問題，另外也沒有涉及電鍍及釬焊的工藝，延長了該換向器的使用壽命以及提高了電機(jī)的性能；本發(fā)明提供的換向器的制備方法減少了傳統(tǒng)技術(shù)中使用的電鍍與釬焊所帶來的化學(xué)污染與制作成本，并且利用了模具壓制及燒結(jié)技術(shù)提高了石墨與金屬表面的結(jié)合力，另外該換向器的制備方法所使用的固化以及燒結(jié)溫度較低，可以滿足在較高的應(yīng)用溫度環(huán)境中進(jìn)行操作。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例提供的電機(jī)的截面示意圖；

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例提供的換向器的平面示意圖；

圖3是本發(fā)明一實(shí)施例中換向器的截面示意圖，圖中示出換向片的碳層、過渡層與金屬層；

圖4a是本發(fā)明一實(shí)施例中過渡層中金屬粉與碳粉所形成的混合物的掃描電鏡圖；

圖4b是本圖4a中v部的放大圖；

圖5是本發(fā)明一實(shí)施例中利用原子吸收光度計(jì)所測的金屬層中主要元素的原子吸收峰圖；

圖6是本發(fā)明一實(shí)施例提供的換向器的制備方法的流程圖。

主要元件符號(hào)說明

如下具體實(shí)施方式將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，通過對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式詳細(xì)描述，將使本發(fā)明的技術(shù)方案及其他有益效果顯而易見。

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例提供的電機(jī)100的截面示意圖。請(qǐng)參閱圖1，該電機(jī)100包括外殼3、安裝于外殼3上的永磁體5、轉(zhuǎn)子4、換向器9以及電刷10。所述轉(zhuǎn)子4包括鐵芯6以及線圈8，所述鐵芯6上設(shè)置有多個(gè)凹槽，每個(gè)凹槽中設(shè)有線圈8。所述電刷10固定于所述外殼3上，并與所述換向器9滑動(dòng)接觸從而實(shí)現(xiàn)換向。

請(qǐng)一并參閱圖2，所述換向器9優(yōu)選為平板型石墨換向器，包括絕緣基座905、若干換向片903以及導(dǎo)電端子904，若干換向片903沿周向間隔分布于絕緣基座905上，且用于與電機(jī)100的電刷10滑動(dòng)接觸。每一所述換向片903設(shè)有一導(dǎo)電端子904，所述導(dǎo)電端子904用于與線圈8電連接。每兩相鄰的換向片903之間設(shè)有絕緣槽907以實(shí)現(xiàn)電隔離。

參閱圖3，每個(gè)換向片903設(shè)于絕緣基座905上，所述換向片903為三層結(jié)構(gòu)，包括第一層、第二層以及第三層，所述第一層為碳層11，所述第三層為金屬層13，所述第二層為連接所述第一層與第三層的過渡層12，并且含有與第一層相同的材料及與第三層相同的材料。所述碳層11背離所述第二層的表面為與電刷10滑 動(dòng)接觸的接觸面11a。所述金屬層13設(shè)置于絕緣基座905上，用于與導(dǎo)電端子904的伸入絕緣基座內(nèi)的連接端焊接固定。

所述碳層11的材料為碳粉，碳粉選天然石墨、人造石墨以及中間相炭微球的一種或多種組合。

所述過渡層12夾在碳層與金屬層13之間，所述過渡層12的材料選自碳粉與金屬粉，該層用于減少換向器9運(yùn)作過程中所產(chǎn)生的熱膨脹。本實(shí)施例中，所述碳粉選自天然石墨、人造石墨、焦炭以及中間相炭微球的一種或多種組合，所述金屬粉選自銅粉及鍍銀的銅粉的一種或其組合。圖4a及圖4b為通過掃描電鏡觀察的所述過渡層12固體表面的形貌，可以看出過渡層12中所用的碳粉與金屬粉呈現(xiàn)為片狀、樹枝狀球狀或不規(guī)則狀等不同的形貌。

所述金屬層13的材料為金屬粉，優(yōu)選為難以與碳反應(yīng)而形成碳化物的金屬，例如可以為al、cu、ag、ni、bi、sb等金屬和至少含有一種這些金屬的合金。參閱圖5，本實(shí)施例中所述金屬層13的金屬粉使用銅粉及鍍銀的銅粉，從原子吸收峰圖看，總共有4個(gè)原子吸收峰，其中3個(gè)原子吸收峰為銅元素的吸收峰，另1個(gè)原子吸收峰為銀元素的吸收峰，本實(shí)施方式中所使用的該金屬粉的硬度低且抗氧化性強(qiáng)。

所述過渡層12中碳粉的質(zhì)量比為10％-30％，所述金屬層13中金屬粉的質(zhì)量比為70％-90％。需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例中，過渡層12中的碳粉所占的質(zhì)量比的百分率為從原材料的配合比計(jì)算出的值。

所述過渡層12的材料包括碳粉，所以該層具有作為碳特性的自潤滑性，所述過渡層12的材料也包括金屬粉，所以該層具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性和優(yōu)異的熱傳導(dǎo)率。

所述碳層11、過渡層12以及金屬層13均具有一定的厚度。所 述過渡層12的厚度優(yōu)選在100-500μm范圍內(nèi)，所選金屬層13的厚度優(yōu)選在100-500μm的范圍內(nèi)，所述碳層的厚度優(yōu)選在1600-2400μm范圍內(nèi)。而且過渡層12中使用的金屬材料不限于cu、ag，還可以選自al、ni、bi、sb等金屬。

本發(fā)明中，“碳層11的厚度”，“金屬層13的厚度”，“過渡層12的厚度”是指通過光學(xué)顯微鏡觀測測定的厚度。

參閱圖6，本發(fā)明實(shí)施例的換向器的制備方法包括以下流程：

s101，在模具中填充碳粉，通過壓制碳粉形成碳層11，所述碳粉選自天然石墨、人造石墨、中間相炭微球的一種或多種組合。

s102，在所述碳層11之上，填充碳粉及金屬粉，通過壓制在所述碳層11之上形成過渡層12。本步驟中，所述的碳粉選自天然石墨、人造石墨、焦炭、中間相炭微球的一種或多種組合，所述的金屬粉選自銅粉以及鍍銀的銅粉的一種或其組合。

s103，在所述過渡層12之上，填充金屬粉，通過壓制在所述過渡層之上形成金屬層13，所述金屬粉選自銅粉以及鍍銀的銅粉的一種或其組合。

s104，壓制所述碳層11、過渡層12以及金屬層13形成生坯，本實(shí)施例中，例如能夠通過冷均壓成型(cip成型)等的成型機(jī)來對(duì)所述生坯進(jìn)行壓制成型。

s105，燒結(jié)所述生坯。生坯的固化以及燒制的溫度、時(shí)間和氣氛的種類按照金屬粉和碳粉的材質(zhì)、形狀、大小等適當(dāng)設(shè)定。例如生坯的固化以及燒制溫度能夠設(shè)為構(gòu)成金屬層13的金屬粉的軟化-熔解溫度。在本實(shí)施例中，固化生坯的溫度優(yōu)選設(shè)置為200-450℃，燒結(jié)生坯的溫度優(yōu)選設(shè)置為550-850℃。

生坯燒結(jié)后，再將所述燒結(jié)后的熟坯與導(dǎo)電端子連接并組裝至絕緣基座上，再在燒結(jié)后的熟坯上開槽以形成間隔設(shè)置的換向片， 所述導(dǎo)電端子的連接可以使用焊接，焊接時(shí)的加熱溫度與加熱壓力按照碳粉與金屬粉的種類、大小以及結(jié)合面積等適當(dāng)設(shè)定。

其他實(shí)施方式中，所述換向器的制備步驟可以進(jìn)行調(diào)整，如可先在模具中填充所述金屬粉，通過壓制形成所述金屬層13；在金屬層13之上填充所述金屬粉與碳粉的混合物，通過壓制在所述金屬層13之上形成過渡層12；在過渡層12之上填充所述碳粉，通過壓制在所述過渡層12之上形成所述碳層11。

換向器的制備方法還可以通過調(diào)整過渡層12中金屬粉與碳粉之間的比例進(jìn)行優(yōu)化，可以在一定程度上改進(jìn)換向器的性能。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實(shí)施例提供的換向器由于過渡層含有與碳層及金屬層相同的材料，解決了在高溫?zé)Y(jié)時(shí)炭層與金屬層開裂的問題；延長了該換向器的使用壽命；本發(fā)明提供的換向器的制備方法減少了傳統(tǒng)技術(shù)中使用的電鍍與釬焊所帶來的化學(xué)污染與制作成本，并且利用了模具壓制及燒結(jié)技術(shù)提高了石墨與金屬表面的結(jié)合力，另外該換向器的制備方法所使用的固化以及燒結(jié)溫度可以滿足在較高的應(yīng)用溫度環(huán)境中進(jìn)行操作。本發(fā)明實(shí)施例提供的換向器尤其適用于油泵等流體輸送裝置的電機(jī)中。

雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許之更動(dòng)與潤飾，故本發(fā)明之保護(hù)范圍當(dāng)視后附之申請(qǐng)專利范圍所界。