直流電動機、直流電動機系統(tǒng)以及制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種直流電動機，其具有電樞和換向器，所述電樞具有至少兩個布置在可旋轉(zhuǎn)支承的電樞軸上的線圈；所述換向器具有至少一個帶有兩個電刷的電刷對，所述電刷與布置在所述電樞軸上的換向器片共同作用，其中所述電刷分別具有接觸所述換向器片的電刷尖端；所述直流電動機還具有至少一個帶有兩個磁極的極對，所述磁極分別具有分配到所述電樞軸上的磁極軸線。所述電刷尖端分別布置得與下述位置錯開相同的調(diào)整角，在所述位置中所述電刷的相應(yīng)的換向時間點與感應(yīng)到所述線圈中的電壓的零點交叉一致。本發(fā)明涉及一種具有上述直流電動機的直流電動機系統(tǒng)以及一種用于制造用于這樣的直流電動機或用于相應(yīng)的直流電動機系統(tǒng)的電刷的方法。
【專利說明】直流電動機、直流電動機系統(tǒng)以及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種直流電動機，其具有:電樞，其具有至少兩個布置在可旋轉(zhuǎn)支承的電樞軸上的線圈；換向器，其具有至少一個帶有兩個電刷的電刷對，所述電刷與布置在所述電樞軸上的換向器片共同作用，其中所述電刷分別具有接觸所述換向器片的電刷尖端；至少一個帶有兩個磁極的極對，所述磁極分別具有分配到所述電樞軸上的磁極軸線。
[0002]本發(fā)明還涉及一種直流電動機系統(tǒng)以及一種用于制造用于這樣的直流電動機或用于相應(yīng)的直流電動機系統(tǒng)的電刷的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]由現(xiàn)有技術(shù)已知開頭所述類型的直流電動機。在具有電刷的直流電動機中換向器通常具有至少兩個電刷，所述電刷與相應(yīng)的抗扭地布置在轉(zhuǎn)子軸上的換向器片共同作用。在本發(fā)明的上下文中將電刷理解為整個滑動接觸元件，從而使得電刷不僅能夠例如構(gòu)造為可彈性變形的電刷元件還能夠構(gòu)造為剛性體元件或滑動接觸銷栓。在此可以如此形成電刷尖端，從而使得所述電刷尖端形成與換向器片的點狀的、線狀的或平面的接觸。所述電刷通常關(guān)于其相對于轉(zhuǎn)子軸的位置殼體固定地布置并且以其相應(yīng)的電刷基體固定在所謂的電刷保持器上。如果所述換向器包括兩個電刷，那么通常設(shè)有兩個相反地對置的電刷保持器，所述電刷中各一個電刷分別固定在所述電刷保持器上。此外除了殼體之外通常位置固定地布置有至少形成極對的磁極，所述磁極的磁場分別形成磁軸線，所述磁軸線指向轉(zhuǎn)子軸或與所述轉(zhuǎn)子軸徑向地定向。通過電樞的由電刷換向的線圈關(guān)于磁極或磁軸線的位置影響電動機特性曲線和多個次級參量、例如直流電動機的扭矩波度或噪音形成。通常如此選擇電刷關(guān)于磁極的位置以及換向器片關(guān)于線圈的位置，從而使得當(dāng)線圈相對于磁極或磁軸線在中心時，電刷 換向，也就是從一個換向器片換到下一個換向器片并且由此必要時將相鄰的換向器片短路。在運行中，此時達到通過磁極感應(yīng)到線圈中的電壓的零點交叉。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]按照本發(fā)明的直流電動機具有的優(yōu)點在于，減小了扭矩波度并且此外還改善了電磁兼容性。按照本發(fā)明的直流電動機的特征在于，所述電刷尖端分別與下述位置錯開相同的調(diào)整角，在所述位置所述電刷的相應(yīng)的換向時間點與感應(yīng)到線圈中的電壓的零點交叉一致。還設(shè)定，所述電刷對的電刷與通常的換向位置錯開確定的調(diào)整角。通過電刷尖端的構(gòu)造上的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)了上述優(yōu)點。在此重要的是，兩個電刷尖端錯開相同的量或者調(diào)整角。在此可以朝相同的方向或相反的方向調(diào)整電刷尖端，從而使得位于電刷尖端之間的電刷角(關(guān)于電樞軸的旋轉(zhuǎn)軸線)保持相同或變化。
[0005]按照本發(fā)明的一種有利的改進方案設(shè)定，根據(jù)所述換向器的換向器片的數(shù)量η確定所述調(diào)整角。特別地設(shè)定，所述調(diào)整角β位于如下確定的區(qū)域中:
1° ^ β ^ 360° / (ηΧ2)。
[0006]由此優(yōu)化了直流電動機的扭矩波度以及電磁兼容性。[0007]優(yōu)選地設(shè)定，所述電刷對的電刷尖端朝相同的方向錯開所述調(diào)整角，從而總地來說存在前換向或后換向。也就是通過電刷尖端沿相同方向的錯開根據(jù)轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)方向調(diào)整直流電動機的前換向或后換向。
[0008]優(yōu)選地，所述直流電動機的表征的特性參量是整數(shù)，所述特性參量由所述換向器片的數(shù)量除以直流電動機的磁極的極對的兩倍數(shù)量得到。一般根據(jù)電動機拓?fù)淙绱诉x擇換向時間點，使得同時或交替地發(fā)生換向。如果所述表征的特性參量是整數(shù)，那么通常實現(xiàn)同時的換向。如果所述特性參量不是整數(shù)，那么通常交替地發(fā)生換向。優(yōu)選地設(shè)定，所述直流電動機的表征的特性參量是整數(shù)。因此直流電動機的前換向和后換向可以在保持同時換向的情況下實現(xiàn)。
[0009]按照本發(fā)明的一種有利的改進方案設(shè)定，所述電刷對的電刷尖端朝相反的方向錯開所述調(diào)整角，從而所述電刷交替地?fù)Q向。也就是在此設(shè)定，所述電刷不是同時而是相繼地或交替地從一個換向器片換到另一個，其中所述電刷中的一個電刷前換向而另一個后換向。通過交替的換向在換向階段期間流動的電流更小，因為電樞繞組的待換向的線圈中僅一半同時被短路。由此減小了直流電動機的激勵力、尤其扭矩波度并減小了由此造成的噪音。
[0010]優(yōu)選地，所述電刷分別具有電刷基體，所述電刷基體能夠布置或布置在電刷保持器中，其中所述電刷的相應(yīng)的電刷尖端偏心地布置在所述基體或偏心地關(guān)于電樞軸布置。根據(jù)側(cè)面的間隔或偏心的錯位的大小調(diào)整電刷尖端的調(diào)整角并相應(yīng)地調(diào)整上述的換向類型之一，而無需改變電刷保持器。根據(jù)所述電刷從哪個方向插入到相應(yīng)的保持件中，電刷尖端并且進而待換向的線圈的換向時間點以一個方向或者以另一個方向關(guān)于相應(yīng)的磁極的磁軸線錯開，由此交替的換向、同時的換向、前換向或后換向是可調(diào)整的。特別優(yōu)選地所述電刷尖端通過電刷的電刷部段的磨削和/或切削如此地生成，使得其偏心地留在電刷基體上。
[0011]有利地，所述電刷中的至少一個電刷構(gòu)造為直的、彎曲的、香蕉形的和/或菱形的。由此以簡單的方式和方法實現(xiàn)了電刷尖端相對于相應(yīng)的磁軸線的布置或者換向時間點的期望的調(diào)整。
[0012]按照本發(fā)明的一種有利的改進方案設(shè)定，所述電刷、尤其電刷尖端設(shè)有槽紋，所述槽紋尤其用于換向器片的改善的接觸。
[0013]具有上述直流電動機的直流電動機系統(tǒng)的特征在于設(shè)有至少兩組分別相同的電刷，所述電刷相對于電刷保持器的裝備是可選擇的，其中所述電刷組在所述電刷尖端關(guān)于其相應(yīng)的基體的偏心的布置方面有所不同，從而根據(jù)所選擇的電刷組所述換向器具有前或者后換向的并且同時或者交替地?fù)Q向的電刷。因此在裝配中可以從這些電刷組選擇一個電刷組，其在保持不變的電刷保持器中形成直流電動機的前換向、后換向并且形成交替的或同時的換向。該模塊設(shè)計原理簡化了裝配并且減小了制造成本。所述電刷組中的至少一個電刷在此也可以具有布置在中心的電刷尖端，只要為對置的電刷保持器選擇的電刷組裝備有具有偏心的電刷尖端的電刷。
[0014]按照本發(fā)明的用于制造用于直流電動機或者直流電動機系統(tǒng)的電刷的方法的特征在于，首先提供具有電刷基體和電刷接觸體的電刷并且隨后如此切削和/或磨削電刷接觸體，使得保留關(guān)于所述電刷基體偏心的電刷尖端。所述如此形成的電刷在直流電動機的裝配中能夠用于或者應(yīng)用于按照上述標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整期望的換向類型。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]在下文中應(yīng)該根據(jù)附圖對本發(fā)明進行進一步的詳細(xì)闡明。其中:
圖1不出具有換向器的同時換向的電刷的直流電動機；
圖2不出具有換向器的交替換向的電刷的直流電動機；
圖3分別以簡化的截面圖示出具有換向器的前換向或后換向的電刷的直流電動機；并
且
圖4不出按照一個備選的實施例的具有交替換向的電刷的直流電動機 。
【具體實施方式】
[0016]圖1以簡化的截面圖示出了具有換向器2的直流電動機1，所述換向器用作用于直流電動機I的換極的換向開關(guān)。所述直流電動機I還具有電樞軸3，所述電樞軸可旋轉(zhuǎn)地支承在電機殼體中并且承載至少兩個在此未詳細(xì)示出的電樞繞組或線圈。所述線圈與抗扭地布置在所述電樞軸3上的換向器片4 (未詳細(xì)示出)連接，所述換向器片在換向器2的區(qū)域中形成電樞軸3的外罩外表面5。
[0017]為了換向器片4的電接觸設(shè)有電刷6，所述電刷在此與電樞軸3的旋轉(zhuǎn)軸線7相反地對置或者與磁極對的在此未詳細(xì)示出的磁極的磁極軸線X1和X2對準(zhǔn)地布置。電刷6固定在電刷保持器8上，所述電刷保持器又布置在電刷承載基體9上。電刷保持器8構(gòu)造為所謂的鍛錘導(dǎo)軌并且以彈力施加的方式將電刷朝換向器片4擠壓。
[0018]電刷6分別具有電刷基體10，所述電刷基體相應(yīng)地與相應(yīng)的磁極軸線Xl、x2對準(zhǔn)地固定在電刷保持器8上。面向換向器片4的電刷接觸部段11連接到電刷基體10上。相應(yīng)的電刷接觸部段11形成為電刷尖端12，所述電刷尖端與優(yōu)選形成接觸面的換向器片4共同作用。電刷尖端12在此相反地對置地布置，從而使得所述電刷尖端布置得相互成α=180°的電刷角。電刷尖端12關(guān)于磁極的位置以及換向器片4關(guān)于線圈的位置在此如此選擇，從而當(dāng)線圈關(guān)于磁極或磁極軸線位于中心并且只要實現(xiàn)感應(yīng)到線圈中的電壓零點交叉時，則發(fā)生換向。電刷角α通過電刷尖端12與換向器片4之間的接觸位置確定。換向器2的表征的特性參量f是整數(shù)。
[0019]直流電動機I具有表征的特性參量f，所述特性參量由換向器片4的數(shù)量和極對的數(shù)量產(chǎn)生。特性參量f按照以下等式計算:
f= n/2p,
其中P是極對的數(shù)量而η是換向器片4的數(shù)量。如果表征的特性參量f是整數(shù)，那么通常在直流電動機I的電刷6上發(fā)生同時的換向，如在圖1中所示出的那樣。
[0020]圖2和圖3分別示出了直流電動機I的按照本發(fā)明的實施方式的實施例，其中由圖1已知的元件設(shè)有相同的附圖標(biāo)記，從而在這種情況下參照上述描述。在下文中會主要探討不同之處。
[0021]按照圖2的按照本發(fā)明的實施例的電刷14在電刷尖端12關(guān)于電刷基體10的位置方面不同于按照圖1的實施例的電刷6。按照圖2設(shè)定，如此磨削或切削電刷接觸部段11，使得電刷尖端12關(guān)于電刷基體10偏心并且進而與磁極軸線Xl、X2錯開調(diào)整角β，所述磁極軸線與想象的連接線13對準(zhǔn)，所述連接線穿過電刷基體的中心和旋轉(zhuǎn)軸線7延伸。在此電刷尖端12朝相反的方向錯開或者分別位于連接線13的相同的一側(cè)上，從而由此產(chǎn)生的電刷角Ci1小于180°。電刷14在此相同地構(gòu)造并且僅鏡面顛倒地插入到相應(yīng)的電刷保持器8中，從而使得電刷尖端12位于連接線13的相同的一側(cè)上。
[0022]通過設(shè)置根據(jù)圖2的電刷14實現(xiàn)了，電刷14交替地在電樞軸3旋轉(zhuǎn)時換向。由此短路電流在換向階段期間減小，由此減小了激勵力或者扭矩波度以及由此引起的直流電動機I的噪聲。特別優(yōu)選的是，將換向時間點或電刷尖端12相對于根據(jù)圖1的輸出位置的位置特別優(yōu)選對稱地移動半個換向器片距。
[0023]電刷14屬于一電刷組，其電刷與電刷6的區(qū)別如下，即電刷尖端12偏心地布置。為了達到電刷角α !當(dāng)然也可以考慮，所述電刷6中的僅一個電刷通過第二電刷組的電刷14替換。無論如何提供小于180°的電刷角a i，這種電刷角會導(dǎo)致交替的換向。根據(jù)電刷保持器8的構(gòu)造電刷14 (如上所述)能夠相同地構(gòu)造并且僅通過在電刷保持器中的相應(yīng)的定向促成期望的電刷角\和交替的換向。替代地可以考慮，在不同地構(gòu)造的電刷保持器8中，對于每個電刷保持器8布置自身的相應(yīng)地構(gòu)造的電刷組。
[0024]由此提供的直流電動機系統(tǒng)允許，根據(jù)模塊設(shè)計原理供應(yīng)直流電動機I，其中為了交替地?fù)Q向僅將另外一個 或多個電刷組的電刷應(yīng)用于電刷保持器8中。
[0025]圖3示出了直流電動機I的按照本發(fā)明的實施方式的另一實施例。與圖2的實施例不同，現(xiàn)在設(shè)定，電刷14如此地布置在相應(yīng)的電刷保持器8上，使得電刷尖端12朝相同的方向錯開調(diào)整角β或者位于想象的連接線13的不同的側(cè)上。如果電刷尖端12以相同地量偏心地布置，也就是所述電刷尖端具有與電刷基體的中心相同的距離，由此得到，又出現(xiàn)電刷角α=180°并進而同時換向。然而與圖1的實施例不同，通過電刷14的電刷尖端12的偏心的布置實現(xiàn)了，換向器2根據(jù)電樞軸3的旋轉(zhuǎn)方向前換向或后換向。通過電刷14和關(guān)于其電刷尖端12的相應(yīng)的布置可以由此以簡單的方式和方法在沒有電刷保持器8的結(jié)構(gòu)匹配的情況下不僅實現(xiàn)交替的換向(圖2)還實現(xiàn)了前換向或后換向(圖3)。僅通過電刷14或電刷磨損體的幾何結(jié)構(gòu)實現(xiàn)期望的電刷角和/或前換向或后換向。電刷14的幾何結(jié)構(gòu)在此可以構(gòu)造為直的、彎曲的、香蕉形的、菱形的或以不同的尺寸比例縮減。也可以考慮，電刷14、尤其電刷14的電刷尖端12設(shè)有尤其具有不同的尺寸比例的槽紋。
[0026]通過交替調(diào)整的換向減小電流波動(Stromrippel)的大小并由此提高了扭矩波度(MomentenweIligkeit)的力激勵和直流電動機的電磁兼容性。通過特定的電刷14的布置可以成本中等地匹配電刷角α以及調(diào)整角β。當(dāng)然也可以相互組合圖2和3的實施例，從而前換向或后換向地實現(xiàn)了交替換向。同樣可以考慮，如此匹配電刷承載系統(tǒng)，使得電刷保持器8不直接相反地對置地布置。如此也可以例如采用顫動系統(tǒng)(K5chersystem)和對置的鍛錘系統(tǒng)(hammersystem)。
[0027]替代在圖2和3的實施例中示出的結(jié)構(gòu)也可以考慮，通過電刷保持器8的相應(yīng)地錯開的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)調(diào)整角β和電刷角Ci1，如在圖4中為了根據(jù)圖2交替換向所示出的那樣，電刷14無需設(shè)有偏心的電刷尖端。在這種情況下可以使用常規(guī)的電刷。此外直流電動機I的電刷對的電刷14也不必基本上與電樞軸3對置地布置。根據(jù)磁極對的數(shù)量，相應(yīng)的磁極軸線Xp x2也能夠相互以180°偏移的角存在。在所述實施例中示出的軸線X1與χ2之間的180°的磁極角能夠相應(yīng)地變化。
【權(quán)利要求】
1.一種直流電動機(I)，所述直流電動機具有電樞，所述電樞具有至少兩個布置在可旋轉(zhuǎn)支承的電樞軸(3)上的線圈；所述直流電動機還具有換向器(2)，所述換向器具有至少一個帶有兩個電刷(14)的電刷對，所述電刷與布置在所述電樞軸(3)上的換向器片(4)共同作用，其中所述電刷(14)分別具有接觸所述換向器片(4)的電刷尖端(12);所述直流電動機還具有至少一個帶有兩個磁極的極對，所述磁極分別具有分配到所述電樞軸(3)上的磁極軸線(Xl、X2)，其特征在于，所述電刷尖端(12)分別布置得與下述位置錯開相同的調(diào)整角(β )，在所述位置中所述電刷(14)的相應(yīng)的換向時間點與感應(yīng)到所述線圈中的電壓的零點交叉一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電動機，其特征在于，根據(jù)所述換向器片(4)的數(shù)量(η)確定所述調(diào)整角(β)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電動機，其特征在于，所述電刷對(14)的電刷尖端(12)朝相同的方向錯開所述角(β )地布置，從而存在前換向或后換向。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的直流電動機，其特征在于，所述直流電動機(I)的表征的特性參量(f)是整數(shù)，所述特性參量由所述換向器片(4)的數(shù)量(η)除以磁極的極對(2ρ)的兩倍數(shù)量得出。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的直流電動機，其特征在于，所述電刷對的電刷尖端(12)朝相反的方向錯開所述調(diào)整角(β )地布置，從而使得所述電刷(14)交替地?fù)Q向。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的直流電動機，其特征在于，所述電刷(14)分別具有電刷基體(10)，其中所述相應(yīng)的電刷尖端(12)偏心地布置在所述基體(10)上。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的直流電動機，其特征在于，所述電刷(14)中的至少一個電刷構(gòu)造為直的、彎曲的、香蕉形的和/或菱形的。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的直流電動機，其特征在于，所述電刷(14)中的至少一個電刷配設(shè)有槽紋。
9.一種直流電動機系統(tǒng)，其具有按照上述權(quán)利要求中任一項或多項所述的直流電動機(1)，其特征在于至少兩組分別相同的電刷(6、14)，所述電刷相對于電刷保持器(8)的裝備是可選擇的，其中所述電刷組在所述電刷尖端(12)關(guān)于其相應(yīng)的基體(10)尤其偏心的結(jié)構(gòu)方面有所不同，從而根據(jù)所選擇的電刷組所述換向器(2)具有前換向或者后換向的并且交替地或者同時換向的電刷(6、14 )。
10.一種用于制造用于根據(jù)權(quán)利要求6、7或8所述的直流電動機或者用于根據(jù)權(quán)利要求9所述的直流電動機系統(tǒng)的電刷的方法，具有以下步驟: -提供具有電刷基體(10)和電刷接觸體(11)的電刷(14)； -如此切削和/或磨削所述電刷接觸體，從而保留關(guān)于所述電刷基體(10)偏心的電刷尖端(12)。
【文檔編號】H02K23/00GK103532330SQ201310266101
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月29日
【發(fā)明者】D.比勒, T.P.蘇利斯蒂約, P.胡格爾曼 申請人:羅伯特·博世有限公司