专利名称：用于电机的带有弹簧的电刷装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电机的电刷装置，其具有电刷支架、安装在电刷支架中且集 成有绞合线的电刷、以及将电刷预紧抵靠到换向器上的第一弹簧。
背景技术：
电机(电动机)、直流以及三相电机具有被预紧抵靠到换向器上的电刷对。为起动内燃机主要使用机械换向的直流电动机(起动器)。电流通过一个或者多 个电刷对经由换向器导入电枢绕组。这些电刷大多由主要为铜和石墨成分的烧结材料组 成。电刷因此也称为碳刷。这些电刷以及换向器在工作时受到磨损。此外，直流电动机典 型地为短时间工作而设计并且在正常情况下适用于30-60，000次通断循环。如果起动器为更高的负载和更长的运行时间而设计，那么表现出较短的使用寿 命。公知的是，使用螺旋弹簧将碳刷压紧在换向器上。由于起动器的径向结构空间限制，对 可能的磨损长度有直接影响的碳刷高度和所需的压紧力之间存在折中关系。径向条件对压 紧力和弹簧刚度C有很强的影响。因此具有确定特性的压紧力只能以最小的弹簧刚度C来 实现。
发明内容
本发明的目的在于，改进开头所称类型的电刷装置，使重复起动频繁且运行时间 较长的电机具有提高的使用寿命。该目的依据本发明通过权利要求1和2的主题得以实现。具有优点的改进方案由 从属权利要求给出。本发明的构思是，设置与第一弹簧并联的第二弹簧，该第二弹簧将电刷预紧抵靠 到换向器上。因此在电刷的换向器上产生尽可能均勻的压紧力。如依据现有技术在每个碳 刷仅有一个弹簧的情况下由于压紧力大部分作用在中心位置而出现的那样，在高的压紧力 下碳刷的单位面积压力不对称，这依据本发明可得到避免。因此也消除碳刷压紧力由于碳 刷长的轴向长度而不再均勻地在摩擦面上作用的问题。此外，通过将弹簧并联地固定在电 刷上，获得了碳刷轴向运动的稳定状态，这些碳刷与采用中心固定的现有技术相反具有均 勻分布的均勻压紧力。压紧力在碳刷的磨损长度内的降低程度与由仅一个螺旋弹簧产生的压紧力相比 明显更小。因此可以实现电机在磨损很小情况下更高的通断次数和更长的电机运行时间。依据本发明，还有一个或者多个弹簧以并联方式并排安装在电刷上。总压力F(X) 因此如下组成:F总(x) = F1 (χ)+F2 (χ)。依据另一种主要发明构思，集成在电刷中的绞合线在径向上与第一弹簧并排设 置。由于绞合线在径向上不是与弹簧前后依次设置，而是并排设置，加大了电刷的磨损长 度。加大的磨损长度提高了使用寿命并在至少相同的使用寿命下允许电动机更加频繁的重 复起动。绞合线由铜合金制成并压入电刷内。
电刷可能的磨损长度在正常情况下是在径向上从电刷与换向器的接触面到纯碳 刷预先规定的末端的距离。预先规定的末端为电刷内绞合线直径开始的径向高度。依据本发明的一种改进实施方式，绞合线在第一弹簧与至少是第二弹簧之间并排 地设置在电刷的中间突出部内。这样设置的优点是，电刷的磨损长度的大小最佳和电刷稳定地处于电刷支架内。具有优点的方式是从换向器到至少一条绞合线中心的径向距离大于到弹簧在电 刷上的支承面的径向距离。因此加大了磨损长度。为获得一种尽可能均勻的系统，具有优点的是使用至少两个相同的弹簧，它们的 弹簧刚度的大小基本上相同。因此得出F,e、(X) =F1 (x)+F1 (χ) =2· F1(X)0通过使用两个相同的弹簧，可以实现目前采用的具有弹簧刚度Cwi的串联弹簧的 双倍压紧力。因此，碳刷在作为起动器使用的电机的换向器上的更高压紧力直接实现了更 高的通断次数。因此在总弹簧刚度相同时得出F总(χ) = C总· χ = F1 (χ) +F1 (χ) = 2 · F1 (χ) = 2 · C1 · χ。实验中已出人意料地证明了，尽可能恒定的弹簧刚度C对于机械换向电机的高的 使用寿命来说是有利的。事实还已证明具有优点的是，弹簧刚度C对存在的结构空间来说尽可能小。依据 本发明的一种改进实施方式，第一和第二弹簧的弹簧刚度小于在依据现有技术具有唯一弹 簧(串联弹簧)的电刷中的弹簧刚度。利用至少两个弹簧，弹簧刚度C因此还可以进一步 降低，这一点利用唯一的弹簧由于生产条件是不可能实现的。利用至少两个并联设置的弹 簧还可以产生满足弹簧刚度C条件的更强的压紧力。通过两个相同弹簧相组合的优化条件 是，弹簧刚度C1与传统弹簧的弹簧刚度C的关系为2 · C1 < C串联。以组合的方式提供在碳刷的预紧状态下全部所需的压紧初始力的两个弹簧的初 始力的平分可以取得与在利用一个弹簧的情况下相同的初始条件。依据本发明的一种改进实施方式，第一和第二弹簧的尺寸小于具有唯一弹簧的电 刷装置的弹簧尺寸。至少两个弹簧的直径更小，厚度更薄并因此实现一个弹簧的初始力的 平分，以满足条件2 · C1 < Ciiio通过降低电刷装置中的总弹簧刚度(^，因此可获得在电 刷装置的使用寿命内更加稳定的性能。因此，与具有唯一的串联弹簧的电刷装置中的弹簧 刚度相比，每个单个弹簧的最小弹簧刚度C1可成本更加低廉且更加简单地实现。有利地，电刷装置是为电机的总使用寿命而设计。为在电机的使用寿命结束后可 以维护电机，电刷装置被设计成在电机内是可更换的。不言而喻，前面所述和后面还要介绍的特征不仅可按照各自所提出的组合，而且 也可按照其他组合应用。
下面借助附图的实施例对本发明进行详细说明。其中图1示出电刷装置的示意侧视图；图2示出电刷装置的示意俯视图；图3示出具有与弹簧并排的绞合线的电刷装置的示意侧视图；图4示出电刷装置的行程_力图。
具体实施方式
图1示出用于电机(例如作为汽车内燃机的起动器使用的机械换向直流电动机) 的依据本发明的电刷装置ι的示意侧视图。电刷装置1包括电刷支架2，电刷3安装在电刷 支架中。电刷3由石墨成分高的材料制成并因此也称为碳刷。电刷3借助电刷装置2的第 一和第二弹簧4、5被压靠到旋转的换向器6上并因此被预紧。第一和第二弹簧4、5在径向 上彼此并联设置。在一种特殊的实施方式中，弹簧具有相同的弹簧刚度C1并被设计成具有 相同的尺寸，如弹簧丝的直径、长度和强度。在另一种特殊的实施方式中，如果需要承受轴 向载荷，两个弹簧4、5也可以具有不同的弹簧刚度C。第一和第二弹簧4、5为螺旋弹簧。图2示出图1所示的电刷装置1的示意俯视图。在电刷支架2中并联地安装有大 小相同的弹簧4、5，它们确保电刷3配合在换向器6上的均勻压紧特性。图3示出具有另一种重要发明构思的依据本发明的电刷装置1的示意侧视图，依 据该发明构思，电刷3的绞合线7在径向上不像传统那样与弹簧4、5顺次设置，也就是布置 成一排，而是与第一弹簧4和第二弹簧5并排设置。绞合线7如图3所示压入电刷3的中 间突出部8内。通过绞合线7与弹簧4、5并排设置，形成附加的磨损长度，其在图3中采用轴向线 条作为磨损极限Vei抽象地示出。与此相比，虚线表示在径向上位于弹簧5前面的绞合线9， 正如它例如在现有技术中被安装并因此形成磨损极限那样。在边界条件不变的情况 下，磨损长度的增加直接导致换向系统和起动器更长的使用寿命。图4示出用于电刷装置的弹簧的包含弹簧特性曲线的行程-力图。最上面的弹簧 特性曲线I示出在依据本发明使用具有低弹簧刚度C1的两个弹簧时随弹簧长度Lf变化的 标准弹簧力Fn。该图表明，弹簧力在更大的弹簧长度上略有下降。在曲线I下面示出了传统单个弹簧的弹簧特性曲线II，正如它被安装在依据现有 技术的电刷装置中那样。弹簧力Fn在更大的弹簧长度Lf下，也就是在电刷3的更大磨损 下，比在采用具有低弹簧刚度C的两个并联设置的弹簧4、5的情况下更强烈地下降。弹簧特性曲线III示出与单个弹簧4或5的随弹簧长度Lf变化的标准弹簧力FN， 正如它被安装在依据本发明的电刷装置1中的那样。通过使用将电刷3压紧在换向器6上 的至少两个并联设置的弹簧4、5，在机械换向的电机中重复起动频繁且运行时间更长的情 况下获得尽可能高的均勻压紧力。所有附图仅示出未按比例的示意图。此外，要特别参阅对于本发明来说是重要的 图示。
权利要求
用于电机的电刷装置(1)，其具有电刷支架(2)、安装在电刷支架中且集成有绞合线(7)的电刷(3)、以及将电刷(3)预紧抵靠到换向器(6)上的第一弹簧(4)，其特征在于，设有与第一弹簧(4)并联的至少一个第二弹簧(5)，该第二弹簧将电刷(3)预紧抵靠到换向器(6)上。
2.特别是按前述权利要求所述的用于电机的电刷装置(1)，其具有电刷支架(2)、安装 在电刷支架中且集成有绞合线(7)的电刷(3)、以及将电刷(3)预紧抵靠到换向器(6)上的 第一弹簧(4)，其特征在于，绞合线(7)与第一弹簧(4)并排设置。
3.按前述权利要求所述的电刷装置(1)，其特征在于，绞合线(7)在第一弹簧与第二弹 簧(5)之间并排地设置在电刷(3)的中间突出部⑶内。
4.按前述权利要求之一或两项所述的电刷装置(1)，其特征在于，从换向器(6)到绞合 线(7)中心的径向距离大于到第一弹簧⑷和第二弹簧(5)在电刷(3)上的支承面的径向 距离。
5.按权利要求1所述的电刷装置(1)，其特征在于，第一弹簧和第二弹簧(5)的弹簧刚 度(C1)的大小基本相同。
6.按权利要求1或2所述的电刷装置(1)，其特征在于，第一弹簧和第二弹簧(5)的弹 簧刚度(C1)小于在具有一个弹簧的电刷装置(1)中的弹簧刚度。
7.按前述权利要求之一或多项所述的电刷装置(1)，其特征在于，第一弹簧和第二弹 簧(5)的尺寸小于在具有一个弹簧的电刷装置(1)中的弹簧尺寸。
8.按前述权利要求之一或多项所述的电刷装置(1)，其特征在于，电刷装置(1)是可更 换的。
全文摘要
本发明涉及一种用于电机的电刷装置(1)，其具有电刷支架(2)、安装在电刷支架中且集成有绞合线(7)的电刷(3)、以及将电刷(3)预紧抵靠到换向器(6)上的第一弹簧(4)。为在重复起动频繁和运行时间较长的电机中取得高的使用寿命，设有与第一弹簧(4)并联的至少一个第二弹簧(5)，该第二弹簧将电刷(3)预紧抵靠到换向器(6)上。
文档编号H01R39/38GK101842945SQ200880113109
公开日2010年9月22日 申请日期2008年9月26日 优先权日2007年10月24日
发明者M·拜尔, W·格施维茨 申请人:罗伯特·博世有限公司