具有专门的接触电刷几何结构的电机的制作方法

本发明涉及一种具有转子和换向器的电机，所述电机可以例如作为尤其是用于泵装置的电动机来使用，或者作为发电机来使用。

背景技术：

电机、尤其是有刷直流电动机通常具有能旋转的转子和相对于转子静止的定子。此外，为了给转子或者说转子的至少一个转子绕组供电和/或为了信息传递，在大多数情况下设置有换向器，所述换向器具有接触面，所述接触面可以是转子的一部分或者至少以无相对转动的方式与该转子连接，并且所述接触面可以与至少一个相对于转子静止的接触电刷处于电接触中。接触电刷为此可以具有运转面(Laufflaeche)，所述运转面在转子旋转时可以与换向器的接触面处于触碰接触中或者说处于滑动接触中。

这种电机可以尤其作为湿式运行的电机来使用，在所述湿式运行的电机中，滑动接触部可以由液态介质包围和/或绕洗(umspuelen)。这常常例如在电子燃料泵中是这样的情况，所述电子燃料泵可以被使用用于例如在机动车中输送燃料。

考虑到电机的可靠性和尽可能高的功率，滑动接触部应该具有尽可能小的欧姆电阻，所述欧姆电阻应该几乎与电机的运行条件、例如转速、电流强度或者说电流密度、电压或者温度无关。此外，欧姆电阻应该尽可能在电机的整个使用寿命中为近似恒定的。

然而，在湿式运行的电机中可能出现所谓的“低流动”效应，所述效应可以归因于滑动接触部的提高的欧姆电阻。该效应也被称为“成膜效应”或者“疲泵效应”，并且可以导致，电机的功率以及效率可能由于提高的电阻随着运行时间而减小。在新式的湿式运行的电机中，该效应通常通过接触电刷的运转面的和/或换向器的接触面的增加的磨损来抵抗。

因此，DE 10 2011 090 078阐述了用于电机的换向器的滑动接触部，在所述滑动接触部的情况下，集电器接触面具有集电器排放凹部(Kollektordrainagevertiefung)，以便避免接触电刷的浮动以及随之而来的电接触的中断。

技术实现要素：

本发明的实施方式以有利的方式允许，电机、尤其是湿式运行的电机的功率和/或效率在使用寿命中保持近似恒定。

本发明的一方面涉及一种电机，例如电动机或者发电机。所述电机具有转子以及带有接触面的换向器。此外，电机具有带有运转面的接触电刷，所述运转面朝向接触面并且所述运转面与所述接触面处于电接触中，其中，运转面至少在一部分区域中具有长形的凹部。根据本发明的电机的特征尤其在于，长形的凹部具有三角形横截面。

根据本发明的一实施方式，所述电机具有两个接触电刷，所述两个接触电刷如此布置，使得所述两个接触电刷的相应的运转面分别沿着绕转的接触轨道接触换向器的接触面，其中，所述接触电刷如此布置并构造，使得所述接触电刷的接触轨道至少大部分地重叠。两个接触电刷的接触轨道可以例如重叠多于50％的面积、优选重叠多于90％的面积。两个接触电刷可以在电机中被不同地电极化并且提供用于给转子供电的正极以及负极并且分别接触所述接触面和/或换向器的至少一部分、例如所述接触面的一区段。为此，换向器和/或接触面可以具有至少两个区段或者说部分区域，所述至少两个区段或者说部分区域可以相互电绝缘。也可以设置多于两个接触电刷，用于与转子电接触或者说用于与多个区段接触。

根据本发明的一实施方式，所述运转面具有带有三角形横截面的多个凹部，所述多个凹部沿一正交于绕转方向且平行于所述运转面的方向相互隔开间距。换言之，凹部可以沿转子或者说接触面的一径向方向相互隔开间距。

根据本发明的电机可以例如实施为用于运行用于输送液体介质的泵装置。为此，电机可以实施为湿式运行、即所述电机可以被引入到液体介质中，从而接触面和运转面之间的滑动接触可以由所述介质绕洗或者说包围、例如在电子燃料泵中可以是这样的情况。

如开头所述，在由液体介质绕洗的滑动接触部的情况下可能出现所谓的“成膜效应”，所述“成膜效应”随着电机运行时间的增加可以导致电接触的退化、即可以导致欧姆电阻增加。该效应也许可以归因于滑动接触部上的电解的和/或电化学的过程。“成膜效应”可以至少部分地通过运转面和/或接触面的磨损来抵抗。然而，在电机的一定运行条件下、例如在运行时间少、转速低和/或电流密度低的情况下有时不能达到足够的磨损，从而另外的措施可以是必要的。

因此，本发明可以被视为基于下述的想法和认知。至今根据接触电刷和换向器的设计从以下出发：不同电流正负号的接触电刷的运转面和/或接触轨道是相同的、即正电刷的接触轨道与负电刷的接触轨道是相同的。在转子旋转期间，则换向器或者说换向器的一区段改变它的势、即在旋转期间一区段交替变换地为阳极和阴极。可能的、通过在各个接触面或者说各个接触轨道上的液体介质引起的电化学的和/或电解的过程由此交替地发生，从而在电机的使用寿命上会期待的是，在正电刷和负电刷之间的欧姆电阻方面几乎不发生变化。然而，只有当相应的接触电刷的接触轨道或者说运动轨迹理想地相重叠并且相一致时，此时这才是这样的情况。然而，由设计而定常常不能保证、尤其是不能在电机的整个使用寿命上保证，相应的接触轨道是叠合的，从而可能出现构成单极地受载的接触轨道并且例如接触轨道可能持久地被占以固定的电势。这可以根据介质而导致不同程度的电化学的和/或电解的机制，这又可以导致正电刷与换向器之间的以及负电刷与换向器之间的不同大小的欧姆电阻。

通过根据本发明的、接触电刷的运转面中的、具有三角形横截面的长形凹部的构型可以以有利的方式实现，换向器上的相应的接触电刷的接触轨道基本上重叠并且叠合，从而可以在最大程度上或者完全避免“成膜效应”。这可以尤其以制造技术的方式来证实，因为关于具有三角形横截面的凹部的尺寸方面可以保持相对小的容许误差，并且因此凹部横向于凹部纵向延伸方向可以构型得相对小。由此可以实现，能够提供各两个直接相邻的凹部之间的相对宽的面，所述面可以用作为接触轨道并且可以与一另外的接触电刷的接触轨道几乎是叠合的，以便抵抗“成膜效应”。

此外，这可以在相应的滑动接触部的性能中有利地减小偏差(Streuungen)，这又可以带来电机的更过程可靠的制造和关于系统设计以及维持规格方面、例如关于维持额定功率或者额定效率方面的更大的安全性。

长形的凹部可以构型为在接触电刷的运转面中的、通道式的、在横截面中为三角形的槽和/或沟槽。凹部可以分别具有一主延伸方向，所述主延伸方向例如可以主要沿着转子的一绕转方向构型。在此，转子的绕转方向可以通过转子一端侧的周缘的每个点上的切线方向的总体来给定。由此，凹部的主延伸方向可以沿着绕转方向弧形地延伸。凹部的横截面可以表示穿过凹部的剖面，该剖面沿着一正交于运转面且正交于绕转方向或者说正交于各个凹部的主延伸方向的平面。

转子可以是能够旋转的并且例如柱形对称地构型。换向器可以为转子的一部分或者以无相对转动的方式与该转子连接，从而接触面能够与转子一起旋转。接触面可以例如表示转子的至少一个端面的至少一个部分区域。接触面也可以表示集电器的至少一个部分区域，所述集电器可以被分配给换向器和/或转子。

接触电刷可以相对于转子、相对于换向器和/或相对于接触面是静止的并且例如构型为碳电刷。在接触电刷的运转面上，接触电刷可以与换向器的接触面的至少一个区段以触碰接触或者说滑动接触或者说摩擦接触的方式处于连接中。转子或者说转子的至少一个转子绕组可以经由这些接触被供以电流。经由滑动接触部也可以例如关于转速或者转矩方面控制或者调节转子。

根据本发明的一实施方式，所述运转面具有带有三角形横截面的多个凹部，所述多个凹部以相互平行的方式延伸。换言之，各个凹部的主延伸方向可以相互平行地延伸。

根据本发明的一实施方式，各两个直接相邻的凹部具有一间距d，所述间距大于凹部的宽度b。在此，凹部的宽度可以是凹部的最大宽度，所述最大宽度可以表示三角形凹部的两个外边沿的间距，其中，宽度b可以沿正交于绕转方向且平行于运转面的一方向确定尺寸。

根据本发明的一实施方式，两个相邻的凹部的间距d为如凹部的宽度b的至少两倍大小。在运转面上可以因此正交于绕转方向构造有一种具有平面波峰和三角形波谷的波浪轮廓，其中，所述波峰可以宽于所述波谷。

根据本发明的一实施方式，两个相邻的凹部的间距d为0.25mm至0.55mm，并且所述凹部的宽度b为0.05mm至0.25mm。

根据本发明的一实施方式，两个相邻的凹部的间距d为0.35mm至0.45mm，并且所述凹部的宽度b为0.1mm至0.2mm。

根据本发明的一实施方式，凹部具有处于0.05mm与0.2mm之间的深度t。

本发明的一另外的方面涉及一种用于电机的接触电刷，其中，所述接触电刷具有运转面，所述运转面在已装入在所述电机中的状态下朝向所述电机的换向器的接触面并且与所述接触面处于电接触中。所述运转面至少在一部分区域中具有长形的凹部。所述接触电刷的特征尤其在于，所述长形的凹部具有三角形横截面，就如上下文所述的那样。

附图说明

下面参照附图详细地阐述本发明的实施例。

图1A和1B示意性示出根据本发明实施例的电机的各一部分。

图2A示意性示出用于根据本发明一实施例的电机的接触电刷的运转面的俯视图。

图2B示意性示出沿着线A-A穿过图2A中的运转面的剖面。

图3示意性示出在根据本发明的一实施例的电机的接触电刷与换向器之间的滑动接触部的一部分。

原则上，相同的或者类似的部件设有相同的参考标记。

具体实施方式

图1A和1B示意性示出根据本发明的实施例的电机30的一部分。电机30具有能旋转的、柱形对称的转子32，在所述转子上在端侧布置有具有接触面22的换向器20。在此，接触面22被划分成总共八个区段23或者说部分区域，所述区段或者说部分区域分别可以相互电绝缘。

此外，电机30具有两个接触电刷12a，12b，所述两个电刷关于转子32的一旋转轴线方面相对置。在此，接触电刷12a，12b的运转面10朝向接触面22，并且分别与接触面22的至少一个区段23处于电接触中。在接触电刷12a，12b的运转面10中分别至少在一部分区域中引入具有三角形横截面的、长形的凹部14，如在图2A到3中详细地阐述的那样。在此，凹部14的宽度b明显窄于两个相邻的凹部14之间的间距d。间距d可以沿径向方向来确定尺寸。

接触电刷12a，12b的运转面10至少在电机运行一定时间之后在换向器20的接触面22上留下接触轨道34或者说运动轨迹，所述接触轨道或者说运动轨迹可以为凹部14的负压痕(Negativabdruck)和/或两个相邻的凹部14之间的中间面18的负压痕。这些接触轨道34在图1A和1B中分别作为围绕转子32的旋转轴线的同心圆来表明。

在图1A中所示的实施例中，两个接触电刷12a，12b的运转面10的凹部14沿径向方向等距离地布置，从而接触轨道34沿径向方向也是等距离的。换言之，各两个直接相邻的凹部14之间的间距d是恒定的。

与之相对，在图1B中所示的接触电刷12a，12b的运转面10中，凹部14以可变的和/或交替变换的间距d布置，从而接触轨道34也具有沿径向方向可变的间距。

图1A和1B的接触电刷12a，12b可以承载用于给转子32的转子绕组供电的、不同正负号的电流。例如，接触电刷12a可以为具有电流正号的正电刷，并且接触电刷12b可以为具有电流负号的负电刷，或者反之。

通过两个接触电刷12a，12b的运转面10中的、在两个接触电刷12a，12b中可以基本上相同地构造的凹部14可以确保，在转子32旋转期间，正电刷12a的接触轨道34与负电刷12b的接触轨道基本上重叠或者理想地几乎叠合。尤其，当电机30实施为湿式运行时，可以因此基本上平衡和/或补偿可能出现的电解的和/或电化学的过程。以该方式，可以以有利的方式避免所谓的“成膜效应”，并且具有接触面22的两个接触电刷12a，12b的滑动接触部的欧姆电阻可以基本上相同。

另外，为了进一步抵抗“成膜效应”，可以限制或者说降低在相应的触电刷12a，12b的导向方面的公差，以便固定两个触电刷12a，12b的滑动接触部的径向位置。另外，也可以改变换向器20的粗糙值并且/或者在接触面22上也可以引入轮廓结构、例如偏心的和/或螺旋形的凹部，以便迫使接触面22的载电面的地点发生变化。

图2A示意性示出用于根据本发明的一实施例的电机30的接触电刷12的运转面10的俯视图。多个长形的凹部14被引入到运转面10中，所述凹部相互平行地弧形地在整个运转面10上延伸。凹部14可以沟槽式地和/或通道式地穿过运转面12，其中，每个凹部14的主延伸方向13可以与电机30的转子的绕转方向基本上相一致。

凹部14可以例如通过以合适尖棱的刀具进行弧形磨削(Bogenbeschliff)被引入到运转面10中。

凹部14不必强制性地在整个运转面10上延伸和/或在整个运转面上构造，而是可以也仅构型在运转面10的部分区域中。

凹部14关于横截面方面三角形地构型。在此，所述横截面可以表示沿着正交于运转面10且正交于主延伸方向13的一平面的剖面、例如沿着线A-A的一平面。通道式的长形的凹部14由此分别具有第一围边16a(Berandung)和第二围边16b，所述第一围边和第二围边优选平面地并且成一与到运转面10上为0°的面法线相比不同的角度地被引入到运转面10中，并且相互会聚成尖。

凹部14的三角形横截面轮廓尤其能在图2B中清楚看出，图2B示出沿着线A-A穿过图2A的运转面10的剖面。总体上基于凹部14沿正交于主延伸方向13的方向得到运转面10的波浪状的表面轮廓。在此，表面轮廓包括各两个直接相邻的凹部14之间的、基本上平面地或者说扁平地构型的中间面18。由此，中间面18可以被视为运转面10的波浪状表面轮廓的波峰，并且凹部14可以被视为运转面10的波浪状表面轮廓的波谷。凹部14主要具有处于0.05mm与0.2mm之间的范围中的深度t。在此，深度t从中间面18直到三角形凹部14的最深点来确定尺寸、即直到以下点来确定尺寸，围边16a，16b在该点上汇聚。在运转面10上也可以构造具有不同深度t的凹部14、即不是所有的凹部14必须具有同一深度t。

此外，凹部14具有0.05mm至0.25mm的范围中的宽度b、优选地具有处于0.1mm与0.2mm之间的范围中的宽度b。在此，宽度b表示围边16a，16b的在中间面18的高度上正交于主延伸方向13的最大间距。在运转面10上也可以构造具有不同宽度b的凹部14、即不是所有的凹部14必须具有同一宽度b。

此外，两个直接相邻的凹部14的间距d为凹部14的宽度b的至少两倍大小。尤其，所述间距d的数值在0.25mm与0.55mm之间、优选地在0.35mm与0.45mm之间。在运转面10上也可以不同地或者说可变地构造两个相邻的凹部14的间距d、即各两个相邻的凹部14不必具有同一间距d。

图3示出在根据本发明的实施例的电机30的换向器20与接触电刷12之间的滑动接触部21的一部分。在此，换向器20的接触面22与接触电刷12的运转面10处于触碰接触中。

换向器20的接触面22以及接触电刷12的运转面10可以由含碳材料制成，从而在接触面22相对于接触电刷12旋转时随着时间变化能够在接触面22中构造运转面10的负轮廓。即，在电机30的个别运行时间之后，由于运转面10的三角形凹部14，可以在接触面22中构造互补的三角形突起部24(Abragung)，所述突起部能够嵌合到凹部14中。这可以使得，接触面22和运转面10在它们的相应的表轮廓方面可以相对应地构型，从而能够保证可靠的电接触。

需要补充地指出，“包括”不排除另外的元件或者步骤，并且“一”或者“一个”不排除多个。此外需要指出，参考上面的实施例中任一实施例所述的特征也可以与另外的上述实施例的另外的特征组合地使用。权利要求中的参考标记不应被视作为限制。