专利名称：制作整流子的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制作权利要求1的前序部分所述的电机用整流子，特别是扁平型整流子的方法。
DE 41 40 475 C2公开了一种用于制作上述类型的、由压制材料构成的扁平型整流子的方法。其中，从一种基本上未经过加工的、最好是棒料的、导电的原材料出发，把其切成譬如圆盘状的基体。通过挤压，把该基体成型为一个锅状的坯件，该坯件具有一个圆环形的平面部分和一个与此相联的管状外壳。在多级成型过程中成型出凸缘形的内锚定件及外锚定件，用以把以后待纳入坯件的锅形内腔中的、用作绝缘材料的塑胶可靠地与整流子锚定在一起。在另一道工序中，在锅状结构的坯件的外壳的自由端上成型出一个径向向外支出的环形凸缘，具体的成型方式在于沿轴向朝外壳的自由端排挤材料。在另一道工序中，通过冲压从事先成型出的环形凸缘中冲出凸肩形结构的接线件。外锚定件也在该冲压过程中被分离。通过从坯件的外壳的自由端上的连续地事先成型出的环形凸缘中冲击接线件，产生无用的废料，其中，特别是剩余的、冲出的接线件只占整个环形凸缘面积的一小部分，因此，在该制作过程中，相当多的材料被浪费。
另一难点在于，在不同的挤压作业中并且还在环形凸缘的成型过程中，通过成型，不得不造成材料硬化，因此，就塑性或抗弯能力而言，所形成的接线件低于原始材料。而在制成整流子后，接线被绕在这些接线件上并且随后把接线件朝圆柱形的外壳的外侧弯曲。由于材料脆化，因此在一般的制作方法中会出现裂痕并且这是人们都担心的事情。该公开的制作方法还包括很多单独的变形步骤，这些使整流子制作的经济性受到损害。
据说，其缺点和难点通过上述DE 41 40 475 C2被克服的US-A-3 812 576公开了一种用于制作电机用整流子的方法，其中，从一个圆盘状的、导电的原材料出发，制出一个圆柱形的件，该圆柱形的件具有一个带有一个径向向外突出的、贯通的环形凸缘的开口端和一个底。通过挤压，从圆柱形件的圆柱形段的内部成型出多余的部分，在以后填入绝缘材料时，这些多留的部分妨碍绝缘材料附在环形凸缘上或附在底的外表面上。然后，对环形凸缘进行冲压加工，从中留下凸肩形接线件，并去除多余的段以及环形凸缘的冲离的部分。
除了各个工序的数量较多外，在冲出凸肩形接线件时也产生废料，并且通过各个成型加工过程，在最后通过冲压得出的、凸肩形的各个接线件上存在出现材料硬化或脆化的危险。
针对这种情况，本发明的任务在于在克服上述难题的情况下提供一种用于制作相同类型的整流子，特别是扁平型整流子的方法，该方法可经济地和节约材料地制作整流子，并且在该方法中，特别是接线件在成型之后仍具有塑性和可弯性并且直至进行弯曲时仍保持其可弯曲性。
按照本发明，为此提供了一种用于制作电机用整流子，特别是扁平性整流子的方法。其中，从一种基本上未经加工的、由导电的材料构成的原材料出发，通过形成多个相互绝缘的和包括绝缘材料的整流子片及其配属的、由整流子片单个地径向突出的接线件制作整流子，其中，该制作方法的优点在于，原材料首先是在构成各个具有最终形状和最终尺寸并具有塑性的最终状态的接线件的条件下被成型的。
与以往的整流子制作方法的不同之处在于，在本发明的方法中，从原材料出发，首先通过成型，经过材料的排挤形成各个接线件。其中的基本点在于，这些接线件在成型过程中获得其最终形状和最终尺寸并且处于塑性的最终状态，该塑性的最终状态一直保持到最终的弯曲加工。因此，通过各个接线件一体地成型在原材料本体上，可免去后步加工过程，如冲压和类似加工，因为如此形成的接线件已具有其最终形状和最终尺寸。因此，在发明的方法中不产生废料，因为不形成贯通的环形凸缘，而是只形成各个凸肩形的、在原材料本体的外缘上径向突出的接线件。据此，特别还达到使接线件保持其塑性和可弯性的目的，因为这些接线件是在随后的其它成型过程之前成型的并且不再受到会导致材料硬化和材料脆化的变形。据此，在本发明的方法中，整流子经济地和节约材料地被制作。
按照发明的方法的一个优选的实施形式，根据所选择的原始材料或原材料，原材料在成型出接线件之前被加热，以便在形成接线件时可避免原材料出现明显的硬化。据此，可改善成型后的接线件的塑性并且这些接线件的塑性基本上取决于原材料的性能。
按照本发明的方法的一个特别优选的实施形式，接线件的成型是在原材料经过加热的状态下进行的，人们把这种成型加工称作半热挤压，使原材料在加热后直接送往压机并在高热的状态下完成对接线件的成型。根据情况，材料的成型也可通过锻造和/或在锻造温度下进行。对接线件的成型加工最好在半热的或热的温度范围内进行。
实践证明，把原材料加热到约150℃和高于150℃是相宜的，这当然与所选用的原材料有关。特别是在选用铜和铜合金作原材料的，加热温度有较大的波动范围，并且不能定出绝对的温度值。把原材料加热到约300至700℃的温度范围是相宜的。
一个用于形成各个具有最终形状和最终尺寸并具有最终塑性状态的接线件的、替代性的制作方法的特征在于，在接线件成型之前，原材料先被退火，通过冷成型形成接线件并且随后再次进行退火。据此，譬如也可避免接线件的塑性在成型后因成型引起的材料硬化和脆化而变小。可是，这种制作方法耗费时间，因为在退火之后总须耗费冷却时间。
从这种状态出发，即原材料首先为了形成各个接线件而按上述方式被成型，随后进行冷成型，在冷成型中，一个锅形的、具有一个基本上圆柱形的外壳和一个基本上平的底的坯件被成型。出于磨损原因，整流子的这一范围是需要材料硬化的，通过冷成型加工，特别是在锅形结构的坯件的平的底部有目的地获得材料硬化。
通过冷成型加工，形成呈凸缘形设置的在底的内表面上基本上轴向伸展的、用于绝缘材料填料的内锚定件。从外壳的自由边出发，通过冷成型加工中的材料排挤形成配属于整流子片间距的间隙。这些间隙一直伸展至锅形坯件的底的内表面附近。自外壳的自由边开始，间隙的净宽可有利地朝底部逐渐变窄，并且特别是通过材料排斥所形成的间隙是V形的。每个V形间隙的“尖部”有利地由一个短的平直段构成。间隙的数目与整流子片的数目相同并配属于相应的间距。由于这些间隙伸至锅形坯件的底的内表面附近，所述在随后从底的平的外表面进行切削加工以便分割各个整流子片时，只需很小的切削深度，据此，一方面，填入的绝缘材料毋须在深处得到交会，另一方面，可快速和简单地进行切削加工。
在底的内表面上可成型出窄的、径向伸展的凹陷，这些凹陷自各间隙的“尖部”伸展至底部的中心。据此可进一步减少切削深度并使切削深度甚至小于底的原材料厚度。此外，这些凹陷在对整流子片进行切削加工和锯切加工分割时还起到可靠的导向作用。
按照本发明的方法的一个优选的实施形式，用于形成锅形坯件、用于形成凸缘形设置的内锚定件和通过材料排挤形成的间隙以及根据情况用于形成径向伸展的凹陷的冷成型可在一道工序中进行。据此，可特别经济地制作整流子，因为在本发明的制作方法中冷成型的加工时间很短。
此外，在本发明的方法中，通过冷成型加工，形成自外壳径向朝内的、用于绝缘材料填料的外锚定件。
如果选用的是一种未经过穿孔的、用于制作本发明的整流子的导电原材料，则须在锅形的坯件的底上为电机的转子轴冲出一个中心孔。如果选用的是一种经过穿孔的原材料或一种具有管形截面的和大的壁厚的棒料，则当然可免去该冲压加工步骤。
此外，为了改善对以后填入的绝缘材料的锚定效果，内锚定件被径向向外少许弯曲。
按照本发明的制作方法的一个优选的实施形式，在一道工序中完成如下加工，即形成径向朝内的外锚定件，在锅形坏件的底上冲出中心孔和使内锚定件径向向外弯曲。据此，可大大缩短这种整流子的制作时间，因为在本发明的方法中，从原材科到制成整流子，在不包括填入绝缘材料和后步加工的情况下，譬如基本上共只须三个成型步骤。
然后，按常规进行所有的后步加工，如填入绝缘材料，或许的对整流子基体进行镀锡和沿整流子片划分处分割整流子片以及把接线绕在接线件上并弯曲接线件。由于本发明的制作方法，对接线件的弯曲过程被大大简化并可避免因材料脆化导致的裂纹的生成，因为接线件在通过成型过程没出现材料硬化的条件下处于塑性状态。此外，材料的纤维方向通过成型过程没受到破裂，据此，整流子可承受高的、特别是在汽车中出现的动态负荷。
本发明的制作方法适于制作不同形式和类型的整流子并且本发明不限于制作整流子。制作多种形式的整流子的关键是如下事实，即接线件一方面是如此成型的，即不产生废料，并且另一方面，这些具有最终形状和最终尺寸以及具有塑性的最终状态的接线件在制作伊始就通过材料排挤得以形成。为了形成接线件，该材料排挤是从原材料基体向外进行的。在不背离本发明的通过材料排挤直接由原材料形成具有最终形状和最终尺寸以及具有塑性的最终状态的接线件的构思的情况下，根据整流子的结构，当然能以相应变化的方式形成绝缘材料填料的锚定件。
下面参照附图借助一个优选的、不受任何限制的实施形式详细说明本发明。附图所示为
图1原材料基体的透视图，图2在具有通过成型和材料排挤得出的各个接线件的状态下的透视图，图3具有内锚定件的、锅形的坯件的透视图，图4具有中心孔和附加形成的外锚定件的、锅形的坯件的透视图。
只有一个实施例来说明本发明的关联到扁平型整流子的基体的制作的方法。当然也可按相同的或类似的方式制作和形成其它结构形式的整流子。
在图1中示出一种基本上未经过加工的原材料1的一个实施例。该原材料1譬如是一个扁平的、实心的、从圆棒料剪切下的或成型的圆盘。或许与图1所示的有所不同，用一种图中没详细示出的原材料作为原始材料，这种原始材料譬如为环形圆盘结构，其上已有预制的、在图1中用虚线表示的中心孔14′。也可通过对板料的冲压得到有孔或无孔的原材料基体1。如果用厚壁的管棒料做原始材料，则原材料可为一个圆盘。所有的这些原材料在本发明的方法中均可用作原材料1并且为了进行下列说明譬如仅以一种圆盘形的、实心的原材料出发。根据情况，可通过一个预加工步骤冲出中心孔(未示出)。据此，从一个实心的盘形原材料中得出一个带中心孔的圆盘。
从图1所示的原材料1出发，通过成型加工成型出接线件2，这些接线件譬如为图2所示的凸肩形结构。接线件2作为单个的接线件2径向沿图1所示的原材料的周边向外突出并且这些接线件2是如此被成型的，即如图2所示，这些接线件具有其最终形状和最终尺寸。这些接线件2也具有其塑性的最终状态。特别是按照发明的方法的一个优选的实施形式，在形成接线件2之前，原材料根据材料性能被加热，以便避免材料在成型加工中，出现明显的硬化。具有最终形状和尺寸及具有塑性的最终状态的接线件2则是有利地在该经过加热的状态下得以成型的。这种成型可譬如称为半热挤压。当然也可以在正常的温度范围内进行成型。在接线件2成型时，原材料1有利地在高热的状态下被向外排挤，并且为此所用的、相应的模具具有适配的、给定和限定接线件2的最终形状和最终尺寸的空间。
由于为此所需的温度与原材料1所用的导电材料，特别是铜合金的性能有关，所以只能给出优选的温度范围。实践证明，加热至温度约150℃是相宜的，该温度当然也可更高，优选的温度范围为约300至约700℃。
也可对接线件进行冷成型，用以替代半热挤压。譬如对原材料1进行退火，并在冷却之后成型出图2所示的、具有最终形状和最终尺寸的接线件2。为了达到接线件2的所需塑性，可再次对接线件2单独进行退火或对图2所示的整个基体进行退火。
图3示出了由图2所示的基体经过冷成型得出的整流子坯件3，该坯件3为锅形结构并具有一个基本上圆柱形的外壳4和一个基本上平的底5。在锅形坯件3被成型的同时，由锚定件6也一并被形成，这些内锚定件6是凸缘形地位于锅形坯件3的底5的内表面7上。如图所示，这些内锚定件6基本上轴向于坯件3伸展并且呈锯齿形地、有间距地突出于底5的内表面7。
如图所示，从图2所示的状况出发至图3所示的锅形坯件3的成型过程是有利地在一个唯一的成型工步中完成的。当然也可根据情况逐步地进行成型过程。
根据情况，在从图2所示的状况成型到图3所示的状况的同时，也可通过材料排挤成型出一定数量的间隙9。间隙9的数量与整流子片的间距数量一致并且在图示的实施形式中存在8个这样的间隙9。按照图示的、优选的实施形式，每个间隙9从圆柱形的外壳4的自由边出发并伸至锅形坯件3的底5的附近。每个间隙9的净宽自由边10朝底5有利地逐渐变窄。因此，间隙9为V形结构并在顶部相宜地具有一个平直段。从每个V形间隙9的顶部出发可被成型出窄的、横档形结构的和径向伸展的凹陷16，这些凹陷16配属于整流子片的分割并在底5的内表面7上朝底5的中心方向伸展。后文尚将论及到这些间隙9的和或许成型的凹陷16的优点。间隙9的成型以及或许对窄的、径向伸展的凹陷16的成型可与其它的成型过程一并在一道工序中进行，据此，通过一道工序可从图2所示的基体得到图3所示的、锅形结构的整流子坯件3。
在下道工序中完成变为图4所示的基体12的成型过程，该基体12在整流子的制作中是一个由导电材料构成的中间产品。该基体12具有通过冷成型形成的外锚定件13，这些外锚定件13在外壳4的自由边附近为径向呈锯齿形朝内结构。如果是从作为图1所示的原材料1的实心料圆盘出发，则在该道工序中同时在锅形坯件3的底5上冲出中心孔14。在底5上，该中心孔14径向地处于呈凸缘形设置的内锚定件6之内。在该工序中，为了改善锚定效果，内锚定件6也被有利地稍许向外弯曲。
虽然在该发明的实施例中，在整流子的制作中，从图3所示的基体出发，经过一道工序成型出作为中间产品的基体12，但当然可也单个地按前后次序进行加工。如果从一种其上已有中心孔14′的原材料(未示出)出发，则当然可省掉图4所示的冲压过程。图4中所示的、用于容纳图中未详细示出的电机的转子轴的中心孔14本已存在。
从图4所示的、由导电材料构成的、仅通过材料成型得到的基体12出发，通过下列后步加工制成整流子，即向锅形的坯件3的内腔中填压绝缘材料，这些绝缘材料借助基体12上的内锚定件6和外锚定件13得到可靠的固定。在有要求的情况下尚可进行镀锡。然后，从底5的平的、贯通的外表面15出发，对整流子片进行分割切削加工，其中，由于为了分割的整流子片，在圆柱形的外壳4上的整流子分割线上已成型有间隙9，所以，只须大致相当于底5的材料厚度的切削深度。据此，大大简化了事后的切削加工。如果附加地成型有窄的、径向伸展的凹陷16，则还可进一步减少切削深度，使切削深度甚至小于底5的材料基本厚度。此外，还为整流子片分割切削加工提供了导向。
然后再在这样一种在图中未详细示出的整流子的最好是凸肩形结构的接线件2上加上电气导线，这些电气导线譬如一匝或多匝地缠绕在接线件2上。然后，把接线件2朝圆柱形外壳4的外表面方向弯曲。该弯曲过程可简单地和不产生裂纹地进行，因为按照发明的方法，接线件2处于一种塑性的和可弯的、其纤维方向未遭破坏的状态。然后把如此制成的整流子装入电机中。
由于这些后步加工步骤，如装入绝缘材料填料，分割整流子片，置入导线和弯曲接线件2在本领域中是按通常方式进行的，所以对此只做了说明，但在图中示详细示出。此外，这些加工步骤也不是本发明的制作方法的主题。
虽然在前面说明了用于整流子、特别是扁平型整流子的、作为中间产品的基体12的制作过程，但从工艺角度看，如下的发明的特别重要的步骤当然也可在其它结构的整流子中得以实现，即通过材料排挤首先从原材料1中成型出业已具有其最终形状和最终尺寸及特别是处于其塑性的最终状态的接线件2。所有的其它成型加工可根据待制的整流子的具体需要的形状和尺寸以相应的方式予以选择。此外，主要的是，待填以绝缘材料的基体12仅通过对由导电的材料构成的原材料的成型加工被制作，并且所有这些成型加工可在尽可能少的工步中进行，其中，除接线件2之外，有意地利用在冷成型时造成的材料硬化，以便增加基体12的强度。在扁平型整流子中，特别是底5的外表面15之所以应耐磨的原因在于，譬如电机的电刷在该外表面15上运行。
在本发明的方法中，特别是接线件2能以节约材料的方式被成型，因为这些接线件2在毋须在锅形坯件3的圆柱形外壳4的自由边10上具有环形凸缘的情况下，直接以具有其最终形状和最终尺寸的形状被成型。因为避免了废料的出现而减少了材料消耗，因此也可减少整流子制作中的材料费用，从而在整体上提高了本发明的方法的经济性。
权利要求
1.用于制作电机用整流子，特别是扁平型整流子的方法，其中，从一种基本上未经加工的、由导电的材料构成的原材料出发，通过形成多个相互绝缘的、包括绝缘材料的整流子片及其配属的、由整流子片单个地径向突出的接线件(2)制作整流子，其特征在于，从原材料(1)出发，首先通过材料的排挤形成各个具有其最终形状和最终尺寸并且处于塑性的最终状态的接线件(2)。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所选择的原材料，原材料(1)在成型出接线件(2)之前被加热，以便在形成接线件时可避免材料出身明显的硬化。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，接线件(2)的成型是在原材料(1)被加热的状态下进行的。
4.按照权利要求2或3所述的方法，其特征在于，原材料(1)被加热到约150℃和高于150℃。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，原材料(1)被加热到约300至约700℃的温度范围。
6.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在接线件(2)成型之前，原材料(1)先被退火，通过冷成型形成接线件(2)并且随后对接线件(2)再次进行退火。
7.按照以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，在成型出各个接线件(2)之后，通过冷成型，形成一个锅形的、具有一个基本上圆柱形的外壳(4)和一个基本上平的底(5)的坯件(3)。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，通过冷成型加工，呈凸缘形设置的、在底(5)的内表面(7)上基本上轴向伸展的、用于绝缘材料填料的内锚定件(6)被成型。
9.按照权利要求7或8所述的方法，其特征在于，从外壳(4)的自由边(10)出发，通过冷成型中的材料排挤形成配属于整流子片间距的间隙(9)。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，该间隙(9)一直伸展至锅形坯件(3)的底(5)的内表面(7)附近。
11.按照权利要求9或10所述的方法，其特征在于，自外壳(4)的自由边(10)开始，间隙(9)的净宽朝底部(5)逐渐变窄。
12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，每个间隙(9)为近似V形结构。
13.按照权利要求9至12之一所述的方法，其特征在于，在底(5)的内表面(7)上成型出窄的、配属于整流子片间距的凹陷(16)，这些凹陷沿径向伸展至底(5)的中心。
14.按照权利要求7至13之一所述的方法，其特征在于，冷成型在一道工序中进行。
15.按照权利要求7至14之一所述的方法，其特征在于，通过冷成型加工，形成自外壳(4)径向朝内的、用于绝缘材料填料的外锚定件(13)。
16.按照权利要求7至15之一所述的方法，其特征在于，在锅形的坯件(3)的底(5)上为电机的转子轴冲出一个中心孔(14)。
17.按照权利要求7至16之一所述的方法，其特征在于，内锚定件(6)被径向向外少许弯曲。
18.按照权利要求15至17之一所述的方法，其特征在于，加工在一道工序中进行。
全文摘要
一种用于制作整流子的方法,特别是用于电机的扁平整流子。该各个接线件(2)首先通过基本未加工的导电材料的排挤形成其最终形状和最终尺寸并且其处于塑性的最终状态。为此使用了一个热成型方法。该原材料(1)在接线件(2)未成型之前被加热,以使该接线件(2)通过排挤成型时没有明显的凝固,然后其在加热状态下成型。另外,一锅形工件可以优选在冷成型加工步骤中成型,例如通过用于绝缘内衬的内锚定件(6)。空隙(9)可以在锅形坯件(3)的柱形外壳(4)上进行排挤成型。这些空隙与整流子片相关并且几乎延伸至锅形坯件(3)的底(5)。在下一成型工序中,如果需要在底(5)上开出一中心开孔(14)并且预先成型的内锚定件(6)径向方向上向外弯折,外锚定件(3)成型在柱形外壳(4)上。
文档编号H01R39/06GK1187911SQ96194696
公开日1998年7月15日 申请日期1996年4月17日 优先权日1995年4月21日
发明者A·霍尔兹豪尔 申请人:安东·霍尔茨豪厄金属加工技术公司