具有可脱开的电刷模块的电机、电刷模块以及机动车的制作方法

本发明涉及一种电机，该电机包括具有转子轴的转子和具有电刷架的电刷模块，电刷架具有至少一个用于为转子供电的电刷。

背景技术：

1、这种电机应用在不同领域中，尤其是电运行的机动车中。常见的结构形式是他励的同步电机，其中，通过在转子轴处的滑环和电刷为转子供电。在此，电刷通过弹簧被压在转子的滑动触点处，以实现电接触并且为转子供电以产生场。

2、用于这种类型的电机的具体的应用领域是电动的全轮驱动车辆。在此，安装有加速轴，该加速轴不是连续地参与行驶任务。由此，在加速过程期间，仅仅需要暂时给该加速轴的电机的转子供电并且在剩余时间上拖拽转子。

3、由于电刷一直被弹簧压到转子轴的滑环上并且在加速过程以外也持续转动，在与滑环的触点处持续出现电刷的摩擦损失和磨损。为了实现良好地通过电刷电接触滑环，电刷通常包含具有高导电能力的材料(例如铜、银或金)。这些材料成本尤其高。

4、通过使电刷与滑环暂时空间上分离以实现降低磨损以及进而降低运行成本。因此，在加速过程期间，仅仅当电刷与滑环电接触时，电刷才会磨损。

5、为了实现这种电刷与转子的滑环的暂时的且空间的分离，从欧洲专利文献ep 3159 980 a1中已知，除了弹簧之外也使用可填充的气球式元件，该气球式元件通过卡箍固定在转子轴的径向方向上位置固定的支架处。通过利用压缩机填充或放空该气球式元件，可以在转子轴的径向上将电刷压到转子轴的滑环处或者从滑环处抬起。因此实现，通过在转子轴的径向上抬起或压紧电刷，建立或断开在电刷和转子轴的滑环之间的电接触。

6、此外，从中国专利文献cn 111987868 a中已知，通过使用转盘和可转动的电刷架(电刷安装在电刷架处)，可以相对于转子的转动轴线几乎径向地使电刷从转子的滑环处抬起或者将电刷压向滑环。在此，电刷架可绕平行于转子的旋转轴线且与该旋转轴线错开的轴线旋转。通过同样可转动的转盘，使电刷与电刷架一起以远离滑环的方式旋转，或者压向滑环处。在此，可以通过绳索实现多个电刷与转盘一起转动，由马达和弹簧使该绳索运动。由此可以分离电的电刷触点，并且一个或多个电刷可以以简单的方式相对于转子的旋转轴线几乎径向地运动，其中，运动方向是弧形的。

技术实现思路

1、由此，本发明提出的技术问题是，给出一种相应改进的电刷与电机转子的脱开方案。

2、为了解决该问题，在开头所述类型的电机中，根据本发明规定，电刷模块包括轴颈，轴颈可与转子轴可逆地机械耦联，并且电刷贴靠在轴颈上。

3、本发明提出，在电刷模块中也设置轴颈，在电刷模块中由电刷架支撑一个、优选地两个或多个电刷，轴颈可以与电机的转子轴机械耦联或者可以与转子轴机械脱耦。在耦联状态中，轴颈形成转子轴的轴向延长部。因此，一个或多个电刷可以在不产生不必要的磨损或摩擦的情况下持续地贴靠在轴颈的滑环处，因为仅仅当轴颈机械地联接在电机的转子轴处时，轴颈才旋转。电刷架用于将所有电刷保持在位置中，例如通过弹簧将电刷压在轴颈上的一个或多个滑环上。为了产生定向的电流，需要至少两个电刷和两个分离的滑环。电刷与持续旋转的转子轴的空间分离不再径向地实现，而是通过轴颈的机械脱开轴向地实现。优选地，轴颈和转子轴布置成彼此同轴，以实现简单的机械耦联。

4、除了轴颈与转子轴的可逆的机械耦联性之外，根据本发明的电机的突出之处也在于，在轴颈上设置接触结构，在轴颈与转子轴机械耦联或脱耦的同时，该接触结构可与设置在转子轴侧的接触结构电接触或与其电分离。由此，可以通过轴颈为转子和转子轴供电。在此，通过在引导电流的电刷和轴颈的滑环之间的接触，实现在轴颈的接触结构中的电流。通过转子轴与轴颈机械耦联，该电流继续被引导到转子轴的接触结构中，并且为转子供电。如果将转子轴与轴颈再次机械地彼此分离，则在轴颈和转子轴处的接触结构也不再电接触，由此转子不再被轴颈供电。电的耦联或脱耦与机械的耦联或脱耦同步地或同时地进行，从而在同一过程中获得这两种连接。

5、在优选的实施变型方案中，为了机械耦联和脱耦，轴颈和/或电刷模块可沿着转子轴的纵轴线移动。通过由轴颈和/或电刷模块的轴向移动实现机械耦联，可以设置尤其是在转子轴和轴颈的径向上节省空间的构造形式。在此推荐的是，转子轴和轴颈布置成彼此同轴。根据构造形式以及模块尺寸和可用的结构空间，可以或者仅仅使轴颈或者使包括轴颈、电刷架和电刷的整个电刷模块沿着转子轴的纵轴线移动以进行可逆的机械耦联。在此有利的是，可以通过执行器引起这种移动，例如可通过空间上分离的控制单元控制。由此，可外部地控制耦联和脱耦。例如，适合的执行器可以是线性执行器，电机或液压地或气动地控制的栓。执行器可以或者在双侧作用或者仅仅在一个方向上作用，其中，在一个方向上作用的情况中，需要回位装置，例如弹簧。

6、在不使用附加的联接构件实现轴颈与转子轴机械耦联的方案是端面齿部。因此，电机的转一种实施变型方案的突出之处在于，轴颈和转子轴可通过端面齿部可逆地机械耦联。通过轴颈和/或电刷模块的轴向移动，两个轴端部的端面齿部的齿可以彼此接合，由此可获得可逆的机械耦联。这种联接变型方案在联接轴线的径向方向上节省空间，因为不需要附件并且仅仅需要轴端部的面用于联接。

7、在端面齿部联接的变型方案中可以规定，轴颈和转子轴可通过可切换的联接装置可逆地机械耦联。可以通过轴颈和/或电刷模块轴向的移动借助于附加的联接装置使轴颈和转子轴联接或分离。通过使用这种联接装置，可与避免复杂地且大多高成本地对轴端部进行例如制造端面齿部所需的再加工。与在两个轴端部处加工出可联接的结构相比，设置联接装置的成本可能更低。在使用联接装置时，有利地也可以使用可控制的执行器用于轴向移动。同样更加推荐的是，联接装置可切换，并且例如可以通过控制单元在一定的空间距离之外控制。

8、在耦联状态中，转子轴和轴颈通过联接装置或端面齿部形锁合地相互连接，并且以相同的转速在相同方向上旋转。通过将联接装置与轴颈和/或电刷模块的轴向移动相结合地应用，转子轴和/或轴颈也可以设有尤其小的直径。应用联接装置的前提是在转子轴的径向上的附加的结构空间，但为此实现了任意设计转子轴和轴颈的端面以及使用小直径的转子轴和轴颈。

9、在用于使轴颈与转子轴可逆地机械耦联的联接装置的类型方面，在一种有利的实施方式中可以规定，联接装置是离合器，优选爪式离合器或摩擦离合器。离合器大多是可以用于将两个轴机械耦联的标准化的并且由此价格适宜的构件，其中，在机械耦联期间一个或两个轴可以旋转。在此，可以使用以多种普遍已知的且已验证的轴向离合器，其中，爪式离合器的实施方式尤其适合，因为由此以小的转动间隙实现两个轴端部的良好的形锁合以及因此良好的机械连接。此外，存在在联接轴线的径向上结构空间需求低的爪式离合器的变型方案。此外，使用摩擦离合器以借助于摩擦配合将两个轴端部机械耦联得到的优点是，不必使两个轴端同步，即，不必使轴端部的转速彼此匹配。在摩擦离合器中，在机械耦联时可能产生的应力峰值和力也显著更小。

10、根据按照根据本发明的电机的安装方式和可用的结构空间，轴颈和/或电刷模块的可轴向移动或不可轴向移动。因此，在开头阐述的、根据本发明的电机的改进方案中可以规定，轴颈和电刷模块沿着转子轴的纵轴线位置固定，其中，轴颈和转子轴可通过可切换的联接装置可逆地机械耦联。与以上解释的联接变型方案相反地，轴颈和转子轴的机械耦联必须通过联接装置的轴向移动实现，因为在该设计方案中，两个轴端部沿着联接轴线位置固定。由此，可以在转子轴和轴颈的轴向上节省结构空间，因为轴颈和电刷模块都不轴向移动，其中，待连接的轴端部尽可能靠近彼此。在此，合适的联接装置优选地也实施成可切换。联接装置的操纵例如可以通过执行器实现，该执行器可通过外部的控制单元控制。为此，例如可以设置线性执行器、电机或液压地或气动地控制的栓。在此，执行器可以引起往复运动或者仅仅引起运动中的一种运动，其中，回位单元，例如弹簧使联接装置再次运动到初始位置中。

11、在尤其适宜的实施变型方案中，联接装置是接合套/滑套。通过具有合适的内部几何形状的常用的接合套实现，建立转子轴和轴颈的形锁合的、可逆的机械耦联。通常，轴端部分别具有位于外部的纵向齿部，而接合套具有接合到轴侧的纵向齿部中的位于内部的纵向齿部。

12、除了机械耦联的这些变型方案之外，在转子轴的电接触方面，根据本发明的电机的优选的实施方式的突出之处在于，用于电接触或电分离的在轴颈和转子轴处的接触结构具有至少两个、优选环形的接触元件，接触元件设置在轴颈和转子轴的端侧处，或者在联接装置处设置接触结构，该接触结构在机械耦联或脱耦的同时使在轴颈和转子轴处的接触结构电接触或电分离。为了保证转子轴和转子的期望的转动方向，在电接触时应注意正确的极性。因此，推荐使用与转动角度无关地实现可限定的电接触的接触元件或接触结构。为此适合的尤其是设置在转子轴和轴颈的端侧处的环形的接触元件。优选地，为了实现定向的电流，每个端侧设置两个环形的接触元件。这种端侧的接触元件也可以从端面中伸出，从而甚至当转子轴和轴颈的端面未精确齐平地彼此贴靠时，也实现可靠的电接触。通过接触元件超出几十毫米已经可以实现这种效果。例如，通过以具有小的半径的内环和具有大的半径的外环的形式的端侧的接触元件并且通过径向错开，在轴端部单纯的轴向移动时可以始终保证，一个轴端部的内环仅仅可以电接触另一轴端部的内环。对于两个外环也是如此。由此，无论何时都不会出现在内环和外环之间的接触，由此避免了电极错接。

13、进一步地，端侧的接触元件也可以通过位于外部的和位于内部的环形槽实现，其中，在机械耦联时转子轴和轴颈的环形槽彼此接合，由此产生电接触。这种接触方式与已经阐述的通过端侧的环形的接触元件的电接触相似。在使用环形槽时，在两个轴端部中的一个轴端部处设置环形的咬合部，该咬合部从端面中伸出并且在轴端部机械耦联时滑动到第二轴端部的环形的槽中。在此，为了实现简单的机械耦联，环形的槽，即咬合部的横截面优选地是梯形的。电的接触元件或者可以设置在槽底部处和咬合部的端面处，或者可以设置在槽侧面处和咬合部的侧面处。通过接触元件在径向上空间错开并且通过由槽和咬合部分离，通过这种形式的电接触也避免了电极错接，其中，通过在槽和咬合部之间的形锁合，同时实现在径向上附加地固定该机械耦联。除了对为每个轴端部使用两个或更多接触元件之外，为了给转子供电，也可以为每个轴端部设置仅仅一个接触元件，于是其中，仅仅通过在转子或转子轴处设置附加的接触实现电流/电流通。

14、如果如以上阐述的那样转子轴和轴颈沿着转子轴的纵轴线彼此位置固定，从而在耦联状态中转子轴和轴颈的端面不接触，通过机械的联接装置实现电接触。相应地，通过联接装置的合适的接触结构，与机械耦联的同时地，使在转子轴处的接触结构与在轴颈上的接触结构电接触。此时仍然应注意正确的电极性。为此，此外可以在轴端部处设置端面的、优选环形的接触元件，或者接触元件以环绕的环的形式构造在轴端部的位于外部的柱形的周面处。

15、在电机的经济性的运行方面，优选的是节省重量并且降低旋转的质量。因此，在根据本发明的电机的有利的实施方式中可以规定，轴颈和/或转子轴是空心轴。通过这种结构形式，不仅可以改善电机的功率而且可以改善电机的效率。

16、除了开头阐述的电机之外，本发明也涉及一种用于根据本发明的电机的电刷模块，该电刷模块包括具有至少一个电刷的电刷架。电刷模块的特征在于，电刷模块具有轴颈，轴颈可与转子轴可逆地机械耦联，电刷贴靠在轴颈上。根据本发明的电机的所有实施方式可相似地转用到根据本发明的电刷模块上，从而对于电刷模块也得到相应的优点。

17、如开头对于根据本发明的电机阐述的那样，有利的是，为了机械耦联和脱耦，电刷模块的轴颈可沿着其纵轴线移动。例如也可以通过执行器和远距离的控制装置控制的轴向联接使得根据本发明的电刷模块能够应用在轴颈的径向上受限的结构空间中。在此，通过转子轴和轴颈同轴地布置，也有利于机械耦联和电刷模块的结构空间需求。

18、有利地，根据本发明的电刷模块的突出之处可以在于，轴颈具有端面齿部，轴颈可通过该端面齿部与转子轴可逆地机械耦联。由此，以相对于联接轴线的径向上尽可能少的结构空间需求实现转子轴和轴颈的联接。

19、与根据本发明的电机相似地，对于根据本发明的电刷模块也有利的是，在轴颈上设置可切换的联接装置，轴颈可通过该联接装置与转子轴可逆地机械耦联。由此避免了例如在端面齿部的情况中所需的对转子轴和轴颈的再次加工。

20、有利地，联接装置可以是离合器，优选爪式离合器或摩擦离合器。如对于根据本发明的电机解释的那样，为了实现转子轴与轴颈的可逆的机械耦联，推荐使用已验证的离合器。通过这种离合器实现轴颈与转子轴的形锁合的联接，其中，以小的转动间隙实现机械连接。备选地，也可以设置摩擦离合器以借助于摩擦配合使轴端部机械耦联。因此，为了联接，不再需要使轴端部的同步。可以降低在联接时产生的不期望的联接力。根据离合器类型，可以在转子轴和轴颈的径向上节省结构空间。

21、同样，根据本发明的电刷模块的一种实施备选方案在于，轴颈沿着其纵轴线位置固定，其中，在轴颈上设置可切换的联接装置，轴颈可通过该联接装置与转子轴可逆地机械耦联。该实施变型方案也实现应用根据本发明的电刷模块，条件是沿着轴颈的纵轴线没有充分的结构空间用以实现其移动。

22、在该背景下，根据本发明的电刷模块的另一有利的实施方式的特征在于，联接装置是接合套/滑套。联接装置，即接合套优选地可切换，并且可以通过执行器，例如通过外部的切换单元切换。

23、如开头对于根据本发明的电机阐述的那样，有利地，根据本发明的电刷模块的突出之处也在于，在轴颈上设置接触结构，在轴颈与转子轴机械耦联或脱耦时，该接触结构可同时与设置在转子轴侧的接触结构电接触或者与该接触结构分离。以这种方式，通过与电刷模块的轴颈的机械接触，可以通过轴颈和转子轴的接触结构电接触(该电接触同时与机械耦联同时建立或分离)为转子轴供电。通过机械耦联或分离才能实现该电接触。

24、在通过轴颈电接触转子轴方面，有利的是，用于电接触或电分离的在轴颈上的接触结构具有至少两个、优选环形的接触元件，该接触元件设置在轴颈的端侧处，或者在联接装置处设置接触结构，该接触结构在机械耦联或脱耦的同时电接触或电分离。由此，可以通过在电刷模块的端面处的以及在转子轴的端面处的接触元件，使根据本发明的电刷模块的轴颈的接触结构与转子轴的接触结构电接触。推荐的是，为此设置环形的接触元件，例如内环和外环，该接触元件与转动角度无关地实现始终具有正确极性的接触。转子轴和轴颈的接触结构也可以通过具有接触结构和接触元件的联接装置导电地相互连接，例如通过接合套。与联接装置相结合地也可行的是，在轴颈和/或转子轴的周面处设置接触元件。通过联接结构的轴向移动，可以使这种类型的接触元件与联接结构的接触元件电接触或相互分离。

25、对于根据本发明的电刷模块，一种有利的实施变型方案的突出之处也在于，轴颈是空心轴。由此可以节省材料和重量。

26、尤其是，根据本发明的电机和/或根据本发明的电刷模块可以使用在机动车的电的动力总成中。

27、最终，本发明也涉及一种机动车，该机动车包括至少一个根据本发明的电机。