带有具有特定电导率分布以抑制火花的电刷和换向器的电机的制作方法

本发明涉及一种包括电刷换向器结构的电机。

背景技术：

电机可以用作发动机或发电机并且可以用于各种应用。存在许多类型的电机。在一种类型中，转子可以相对于定子旋转，并且通过包含在转子中的电磁体产生的磁场与包含在定子中的永久磁体或者电磁体产生的磁场的相互作用来驱动转子。在这种方式中，必须将电功率输送到转子及其电磁体。

通常，电刷换向器结构用于这种电功率输送。典型地，两个或者多个电刷设置于固定位置，例如设置于定子，并且具有两个或者多个片的换向器设置于转子。换向器可以相对于电刷运动。电刷电连接到电源，例如连接到DC电源。换向器电连接到定子的电磁体。电刷通过电刷与换向器的表面以机械方式接触的接触区与换向器电接触。电机运转时，电刷在旋转的换向器的表面上滑动，由此将电功率输送到转子的电磁体。

WO 2009/083433 A1中描述了一种电机和包含于电机中的电刷换向器结构的例子。

已经观察到，包括电刷换向器结构的电机运转时，在电刷处和/或换向器处发生显著磨损。

技术实现要素：

需要一种包括例如减小运转时磨损的电刷换向器结构的改进型电机。

独立权利要求中限定的电机可以满足这种需要。从属权利要求限定了有利实施例。

根据本发明的一方面，提出一种具有包括至少两个电刷和换向器的特殊电刷换向器结构的电机。其中，所述电刷中的每一个和所述换向器配置为所述电机运转时，所述电刷和所述换向器在横向位移方向上相对于彼此位移，并且所述电刷的接触面沿着重叠区与所述换向器的接触面以机械方式接触，从而沿着所述重叠区在所述电刷和所述换向器之间产生电接触。在这种电接触时，电流穿过所述重叠区在所述电刷与所述换向器之间传输。此外，所述电刷和/或所述换向器在垂直于所述电刷和/或所述换向器的接触面的方向上的各自的电导率在局部沿着所述横向位移方向变化。在此，将垂直于所述电刷和/或所述换向器的接触面并且因此也垂直于所述位移方向的这种电导率称为“垂直电导率”。所述电刷中和/或所述换向器中的垂直电导率分布特殊地配置为即使所述电机以最大允许功率运转时，对于所述电刷和所述换向器相对于彼此位移时的全部空间组态的至少90％，穿过所述重叠区的电流密度不超过穿过所述电刷换向器结构的额定最大平均电流密度的130％。

尽管下面将进一步描述基于本发明实施例的思想和观察的细节，但是一些通用思想和观察可以总结如下：

已经观察到，电刷与换向器之间可能发生火花，并且这种火花可能对电刷换向器结构造成磨损和恶化。当电刷的接触面与换向器的接触面之间的重叠区的尺寸减小时，即，当在换向器旋转中，电刷在换向器片的横向缘上移动时，尤其发生这种火花。

在观察到这些影响，而且最定性地理解这些影响的同时，本发明的发明人开发了一种模型，该模型允许定量地理解该影响并且因此允许限定量化的措施，以减小或者甚至防止该影响。

特别地，已经发现，可以改变用于形成电刷或者换向器的材料的性质，使得电刷或者换向器的材料中的垂直电导率，即，垂直于接触面的方向上的电导率，在平行于接触面的方向上变化。因此，垂直电导率例如可以在靠近电刷或者换向器的前沿的区域中，即，电刷和换向器相对于彼此旋转时首先接触的区中，比靠近后沿的区域中更高。

尽管在例如WO 2009/083433 A1中描述的现有电机中已经进行了关于电导率配置电刷或者换向器中的材料性质，但是未定量地理解或模型化这种配置的影响。因此，不能根据任何定量模型或者模拟来优化垂直电导率的变化。

本发明人开发出一种可以定量地模拟和分析电刷换向器结构的特征的模型。

对模拟结果的分析揭示出，当以穿过电刷与换向器之间的重叠区的电流密度不超过穿过电刷换向器结构的额定最大平均电流密度的130％，或者优选不超过110％的方式，配置电刷和/或换向器中的垂直电导率分布时，可以改善电刷换向器结构的性质。

额定最大平均电流密度，在下文中也简称为“RMAECD”，是对于给定导电材料的电刷或者换向器不会超过的电流密度，并且通常由这种电刷/换向器材料的生产商或者供应商给出，作为电刷与换向器之间的典型接触区上的平均值。

即使当电机以最大容许功率，即，例如由电机的生产商定额的最大功率运转时，该电流密度限制仍适用。

尽管针对电刷换向器结构的所有可能配置，即，对于在电刷和换向器相对旋转运动时换向器相对于电刷的所有可能位置，相应地限制电流密度可能有好处，但是针对电刷和换向器相对于彼此位移期间的所有空间配置的至少90％，相应地限制电流密度可能就够了。

实验表明，通过作为适当选择或者改变电刷或者换向器的材料性质的结果，特殊地配置电刷或者换向器中变化的垂直电导率，能够显著减小电刷换向器结构的磨损。特别地，已经观察到，如果例如电刷中的垂直电导率在电刷的各段中不同，使得在电刷相对于换向器位移时没有组态或者只有非常少的组态的电流密度超过穿过电刷结构的额定最大平均电流密度，则可以显著抑制火花，从而减小恶化磨损。

根据实施例，对于横向位移方向，电刷的第一段中的垂直电导率比设置于电刷的第一段的下游的电刷的第二段中的垂直电导率高。作为一种选择或者另外，换向器的第一段中的垂直电导率比设置于换向器的第一段的上游的换向器的第二段中的垂直电导率高。

换句话说，通常，电刷中和/或换向器片中的垂直电导率靠近其前沿处比靠近其后沿处更高。因此，当电刷靠近换向器片的后沿以及在换向器片的后沿上移动并且电刷的接触面与换向器的接触面之间的重叠区逐步减小时，由于垂直电导率逐步减小，穿过这样缩小的重叠区的电流减小。因此，电流密度不超过或者仅短暂地超过RMAECD的130％或者110％的限制并且不发生或者仅少量发生火花。

在此，根据实施例，电刷的第一段内的单位面积上的平均垂直电导率比电刷的第二段内的单位面积上的平均垂直电导率高至少5倍，优选地高10倍。作为一种选择或者另外，换向器的第一段内的单位面积上的平均垂直电导率比换向器的第二段内的单位面积上的平均垂直电导率高至少5倍，优选地高10倍。

换句话说，靠近电刷和/或换向器片的前沿的单位面积中的平均垂直电导率优选地比靠近后沿的单位面积中的高5倍甚或10倍以上。已经发现，垂直电导率沿着电刷和/或换向器片的接触面的横向位移方向的这种显著变化有效地抑制了火花或者电弧。

根据另一个实施例，电刷和/或换向器至少包括沿着横向位移方向依次排列并且具有不同垂直电导率的第一段、第二段和第三段。

换句话说，电刷和/或换向器片可以至少包括形成不同段的3层或者3部分：第一段靠近前沿，第二段在中间，第三段靠近后沿。例如作为使材料或者材料成分不同的结果，这些段的垂直电导率不同。

在此，根据实施例，电刷和/或换向器的第一段内的单位面积上的平均垂直电导率分别比电刷和/或换向器的第二段内的单位面积上的平均垂直电导率高至少5倍，优选高至少10倍。此外，电刷和/或换向器的第二段内的单位面积上的平均垂直电导率分别比电刷和/或换向器的第三段内的单位面积上的平均垂直电导率高至少5倍，优选高至少10倍。

换句话说，电刷和/或换向器片的垂直电导率，在靠近前沿的区段中比在靠近后沿的区段中高至少25倍。已经发现，垂直电导率沿着电刷和/或换向器片的接触面的横向位移方向的这种显著变化有效地抑制了火花或者电弧。

根据实施例，在电刷和/或换向器中，垂直电导率在横向位移方向上连续变化。

换句话说，优选地，垂直电导率沿着横向位移方向从靠近电刷/换向器片的前沿的高值到靠近电刷/换向器片的后沿的低值逐渐变化。这样逐渐变化的垂直电导率可以有助于防止电刷相对于换向器片位移期间发生过大的电流密度峰值。然而，准备沿着横向位移方向具有连续变化的垂直电导率的材料是技术挑战。

根据可选实施例，在电刷和/或换向器中，垂直电导率在横向位移方向上逐步变化。

换句话说，电刷和/或换向器片可以具有沿着横向位移方向依次排列的不同段，并且每段可以具有单一均匀的垂直电导率。这种均匀的单一段容易生产和堆叠。

根据实施例，在电刷和/或换向器中，电导率是各向异性的，并且垂直于各自接触面的方向上的垂直电导率显著高于平行于各自接触面的方向上的横向电导率。

换句话说，电刷和/或换向器的材料的电导率不是各向异性的。而是在垂直于各自接触面的方向上呈现比横向上显著高的电导率。这种各向异性可以由电刷/换向器材料的各向异性特征获得。例如，该材料可以具有颗粒主要朝向特定方向的粒状结构。由于这种各向异性，电流可以容易地在垂直方向上，即，例如从在后侧接触电刷或者换向器片的供电线到相应对置的前侧接触面流动。然而，由于平行于位移方向上的低电导率，该方向上的横向电流几乎不可以流动。

根据该实施例的具体形式，垂直电导率比横向电导率高至少50％。例如，垂直电导率和横向电导率可以相差至少2倍，优选地相差至少5倍、10倍甚或更多倍。例如，通过采用特定类型的石墨并且/或者将六方氮化硼掺入石墨体中，可以实现这种倍率。

根据实施例，电刷和/或换向器由碳对电导率起主要作用的材料制成。

换句话说，电刷和/或换向器片可以例如由石墨材料的主体部分制成。该石墨材料可以对电刷/换向器的整体电导率起主要作用。通常，这与许多传统电刷/换向器相反，在传统电刷/换向器中，例如铜含量高于石墨含量并且提供主要部分或者提供设备的电导率。根据本实施例，任选地，诸如粘合剂的添加剂或者诸如金属颗粒的导电颗粒可以包含于基材中，但是不提供电刷/换向器的主要电导率。这种主要基于碳的材料可以提供电刷和/或换向器的有益特征。例如，石墨材料可以降低摩擦系数并且几乎没有磨损。其形状和石墨晶体的本征各向异性一般是该部分的电导率的各向异性的根源，这通常有助于换向。由于铜的高电导率，在一些应用中，添加铜可以有助于提供高电性能。

根据实施例，作为包含在碳基体中的石墨片、粘合剂成分和氮化硼中的至少一个的含量改变的结果，电刷和/或换向器的垂直电导率在局部沿着横向位移方向变化。

换句话说，在基于碳的材料中，通过有目的地改变包含于材料中的石墨片的含量分布或者大小分布，可以改变垂直电导率。作为一种选择或者另外，可以改变碳基体中的粘合剂成分及其浓度。此外，作为一种选择或者另外，在改变浓度时可以将氮化硼颗粒或者诸如MoS₂或者WS₂颗粒的其他片材料的颗粒包含于碳基体中，并且影响其电导率。

根据实施例，该电机适于在燃料泵中使用。已经发现，特别是在用于车辆燃料泵的电机中，当使其电刷和/或换向器具有在此描述的变化的垂直电导率时，可以显著减小磨损。在车辆燃料泵中，电机必须在诸如液体燃油接触电刷和/或换向器的特定条件下运转。在现有燃料泵中，这种情况似乎支持发生火花，利用本发明的特定实施例可以抑制火花的出现。然而，本发明的实施例还可以应用于其他电机，如车辆电动起动器的电动机或者车辆的ABS(防抱死系统)结构的电动机或者其他应用。

应当指出，在此关于电机或者电刷换向器结构的各种细节描述了本发明实施例的可能特征和优点。本领域内的技术人员明白，为了创建其他实施例并且为了能够获得协同效果，可以组合、修改或者替换各种特征。

附图说明

根据下面参考附图对特定实施例所做的描述，本发明的实施例的可能方面、特征和优点显而易见，其中不应将该描述和附图理解为对本发明的限制。

图1示出表明电刷换向器结构的原理的电机的前视图。

图2示出根据本发明实施例的电机的电刷换向器结构的局部侧视图。

图3示出沿着图2中的线A-A取得的根据本发明实施例的电机的电刷换向器结构中的电刷和换向器的各段和重叠区。

附图只是原理图，并且比例也不是真实的。在各附图中，相同的附图标记表示相同或者类似的特征。

具体实施方式

图1示出电机100的基本特征。电机100包括定子102和转子104。定子102包括沿着定子102的圆周排列的若干个永磁体或者电磁体(未示出)。转子104包括沿着转子104的圆周排列的电磁体(未示出)。转子104可以绕着轴线106相对于固定的定子102旋转。

为了将电功率输送给可转动的转子104中的电磁体，设置电刷换向器结构1。电刷换向器结构1包括至少两个电刷3和具有至少两个片2的换向器5。电刷3设置于固定位置，并且可以例如固定在定子102处。换向器5可以与转子104一起旋转，并且例如可以固定到转子104。

这样，在电机100运转时，电功率从电刷3输送到换向器5，然后进一步输送到电磁体。由于在这样供电时电磁体产生磁场并且这些磁场与定子102的永磁体产生的磁场相互作用，所以产生作用于转子104上的力，使得转子104相对于定子102旋转。在这样旋转时，换向器5关于电刷3连续位移。在图1中所示的简单设计中，这种位移将持续几乎180°旋转。然后，电刷3到达换向器5中的间隙8，该间隙使换向器5的第一片2与换向器5的第二片2分离。当每个电刷2在其后沿6脱离与换向器5的两个片2之一的接触，然后在其前沿4与另一个换向器片2接触时，提供转子104中的电磁体的电的极性反转。由于该反转，转子104继续其旋转运动，并且换向器5在横向位移方向7上相对于电刷3连续位移，如图1中的箭头所示。

在转子104旋转并且换向器5在横向位移方向上相应运动时，电刷3的接触面9沿着换向器5的片2的接触面11滑动并且与换向器5的片2的接触面11接触，使得电流可以从电刷3传输到换向器5。在这样旋转时，电刷的接触面9首先在其前沿4接触换向器5的片2，然后沿着接触面11运动，最后在后沿6脱离接触。在此，当前沿4到达电刷3时，换向器5的接触面11首先在电刷3的前沿10接触电刷3的接触面9，然后在换向器5旋转几乎180°后，在电刷3的接触面9的后沿12脱离接触。

已经观察到，电刷换向器结构1的磨损和腐蚀主要发生在前沿4、10处，尤其分别发生在换向器5和电刷3的片2的后沿6、12处。

一般认为，只有当超过特定点火电压并且可以流过最低接触电流时，才在形成电接触的两个物体之间发生火花或者电弧。

例如，当两个碳触点提供电接触时，这种点火电压是20V左右，并且最小接触电流是至少约100mA。通常，点火电压和最小接触电流尤其取决于触点的材料及其几何形状或者拓扑。

在电机的正常运转条件下，从理论上说，在任何时间点都不应当超过点火电压和最小接触电流。然而，这种理论是基于从外部提供给电机的电刷换向器结构的电压和电流，并且假定电刷3的接触面9与换向器9的接触面11之间存在大面积接触。

然而，这种宏观的大面积接触不能正确地反映电刷3和换向器5的接触面9、11之间接触的微观现实。实际上，这些接触面9、11不是理想的平面，因此不沿着一方是电刷3的接触面9另一方是换向器5的接触面11的相邻部分的整个面积形成大面积以机械方式接触。而是似乎形成尺寸是平方微米级的微观接触点。由于这种接触点的形成，电流可能不穿过大的重叠接触面从电刷3流到换向器5，而必须只集中在有限面积的接触点上。因此，在这些接触点处，可能发生局部电流密度的显著升高。

可以认为，穿过接触点的导电机制和导致的局部电流密度升高最终导致电刷3与换向器5之间的火花或者电弧。

特别地，当电刷3处于或者接近换向器5的片2之间的间隙8时，仅电刷3的接触面9的局部区域与换向器5的接触面11的局部区域接触。因此，当在接触面9、11的后沿6、12，电刷3与换向器5之间的电接触将要完全脱离时，穿过接触面9、11之间的接触点传送的电功率可能极度升高。由于所传送的电功率的升高，可能发生接触点的局部故障。例如，电刷3和/或换向器5的材料可能突然发热，并且因此熔融或者汽化，使得当电刷3靠近换向器5的后沿6时，一些或者全部接触点可能突然中断。然而，在换向过程尚未完成的时间点，即，线圈的电流尚未达到其换向值并且/或者电刷3尚未完全到达间隙8时，穿过转子104中的电磁体的绕组的电流在短时间段内显著变化。其结果是，感应出大的电压。然后，该感应电压可能使电刷3与换向器5之间的电势差显著升高，从而超过点火电压。这种过电压和在电刷3与换向器5之间的电接触突然中断的瞬间仍超过该电压时电弧点火所需的最小接触电流的电流一起可以导致在电刷3与换向器5之间点火的电弧。

本发明人已经将用于解释电刷换向器结构中的电弧或者火花的上述可能原理实现为计算机模型。已经利用该计算机模型进行了各种模拟，并且观察到模拟结果与实验之间的良好对应性。

基于对模拟结果的分析，本发明人发现，应当将穿过电刷3的接触面9与换向器5的接触面11之间的重叠区的电流密度限制为保持低于特定电流密度限制。

尽管也许不能够对于换向器5沿着位移方向7相对于电刷3位移期间的所有空间组态都对电流密度进行这种限制，但是应当对于所有这种空间组态的至少90％，或者优选地至少95％或者98％，将电流密度限制到低于最大电流密度限制。

已经发现，确定针对特定电刷换向器结构的最大电流密度限制是个困难任务。通常，这种限制强烈取决于形成电接触的材料和形成电接触的接触面9、11处的结构特征。材料特征尤其可以包括材料的特有电阻率、这种电阻率的各向异性、电阻率的空间分布、温度行为等等。结构特征尤其可以包括表面特性，如接触面9、11的光滑性或者曲率，或者这种接触面9、11之间的重叠区的几何结构。由于这众多的影响，难以针对具体的电刷换向器结构精确确定最大电流密度限制。实际上，为了针对接触的具体类型和组态确定该限制值，可能需要进行具体的模拟和/或实验。

然而，本发明人已经发现，可以基于穿过电刷换向器结构1的额定最大平静电流密度进行适当并且可靠的近似来确定该限制值。这种额定最大平均电流密度“RMAECD”是通常由电刷3、换向器5或者这个电刷换向器结构1的生产者给出的值。已经发现，当穿过电刷3的接触面9与换向器5的接触面11之间的重叠区的电流密度不超过穿过电刷换向器结构1的额定最大平均电流密度的130％，优选地不超过110％时，可以显著降低电刷换向器结构1的磨损或者腐蚀。

可以看出，本发明的主要思想是通过具体改变电刷和/或换向器中的垂直电导率分布，将穿过重叠区的电流密度限制为低于该最大限制值。在此，该垂直电导率应当配置为例如沿着横向位移方向7变化。优选地，该垂直电导率被设定为在靠近换向器5和/或电刷3的后沿6、12的区域中比后沿6、12更上游的区域中，即，更靠近各自前沿4、10的区域中小得多。

通常，作为一种“经验法则”，为了实现具有电刷换向器结构1的电机的满意换向，应当将电刷3与换向器5的片2之间的接触区的电阻率配置为满足以下假定和/或要求：

－电刷3和/或换向器5中的垂直电导率应当在远离后沿12、6的区域中大，并且向着后沿12、6减小。特别是，当与电刷3的接触面9和换向器5的片2的接触面11之间的重叠区中的许多接触点相比时，该垂直电导率应当向着后沿12、6过比例(over-proportional)减小。

－从而，在电刷3与换向器5之间的接触将要断开时的到换向器5的电流和对应的电流密度可以被限制为低于穿过电刷换向器结构1的额定最大平均电流密度的例如130％的特定可接受限制值。

－这样，可以适当防止发生电刷3与换向器5之间的电接触不再承载传送的电功率的情况。

－在最终断开电刷3与换向器5的在先的片2的接触之前，换向器5的在后的片2足以接收转子104中的电磁体的换向线圈的电力供应，从而能够更早完成换向。

如在此讲述的，电刷3和/或换向器5中的垂直电导率分布应当配置为使得穿过电刷3的接触面9与换向器5的接触面11之间的重叠区的电流密度不超过穿过电刷换向器结构1的额定最大平均电流密度(RMAECD)的130％，应当注意，RMAECD通常不是任意值，而是针对每个电刷换向器结构1具体确定的。

典型地，RMAECD由电刷换向器结构的制造商以书面数据表的形式给出。RMAECD通常是基于实验确定的，该实验通过改变电流密度值来估计电刷换向器结构的特定磨损或者恶化特征。

例如，实验可以使用与电刷接触并且在与电刷换向器结构的以后实际操作中采用的条件类似的条件下操作的换向器环或者滑环。首先，可以建立小值的电流密度，并且可以确定电刷和/或换向器的关联磨损。然后，可以逐渐增加电流密度，并且可以监视电刷和/或换向器的磨损。当超过一特定电流密度时，该磨损将开始急剧增大。通常将磨损增大20％时的电流密度设定为RMAECD。

请注意，在确定RMAECD的这种实验中，应当考虑到例如到电刷的供电线具有足够的截面，以确保实验结果主要反映电刷换向器结构中使用的材料的特征，并且不受到例如电刷的具体设计或者供电线的尺寸的过度影响。

下面将关于图2和图3进一步详细解释本发明的特定实施例的一些特征。

图2示出根据本发明实施例的电机的电刷换向器结构1的局部侧视图。图3示出该电刷换向器结构1的电刷3和换向器5的各段和重叠区。

电刷3和/或换向器5可以主要由基于碳的材料构成。在这种基于碳的材料中，碳对该材料的电导率起主要作用，即，提供该材料的电导率的50％以上，优选地90％以上，或者甚至95％以上。除了碳颗粒或者碳基体以外，基于碳的材料还可以包括石墨片、粘合剂成分和/或氮化硼颗粒。这些添加剂可以影响基材的电导率。例如，US 7,586,230 B2中描述了包含于碳材料中的氮化硼的影响。

然而，尽管提供主要由基于碳的材料构成的电刷3和/或换向器5例如对于润滑或者磨损特征有益，但是需要指出，在此不排除在电刷3和/或换向器5中包含大量诸如铜颗粒的金属颗粒。

可以通过挤压并且烧结包括碳颗粒并且任选地包括上面提及的其他添加剂的粉末来形成电刷3和/或换向器5或者其各段。由于该挤压和烧结，通常形成碳颗粒的晶粒，使得所得到的基于碳的材料具有各向异性物理特征。

例如，与晶粒相交的方向相比，这种材料中的电导率在沿着晶粒的方向上不同。这种各向异性电导率特征可以对在此描述的电刷换向器结构1有益。

在此将与电刷3的接触面9或者换向器5的接触面11垂直的方向25上的电导率称为“垂直电导率”。由于通常主要在该垂直电导率的方向上通过电刷换向器结构1提供电机中的电流，所以主要是该垂直电导率影响电刷换向器结构1的电特征。垂直于图2中的箭头25并且因此平行于接触面9、11的方向上的横向电导率可以显著小于垂直电导率，并且可以例如小于垂直电导率的一半。电导率的这种各向异性可以支持穿过电刷换向器结构1的电流主要在垂直于接触面9、11的方向25流动，而且基本上不在平行于这些接触面9、11的方向上流动。

图2示出电刷3包括3个段15、17、19的电刷换向器结构1。第一段15设置在或者靠近电刷3的前沿10。换句话说，当电刷换向器结构1工作并且电刷3和换向器5在如图2和图3中的箭头7所示的横向位移方向上相对于彼此运动时，电刷3的第一段15首先接触换向器5。第二段17与第一段15相邻设置，并且在随后的时间点与换向器5接触。最后，第三段19距离前沿10最远，并且最靠近电刷3的后沿12。

类似地，换向器5也可以设置有多个段。在图2和图3中所示的实施例中，换向器包括靠近前沿4的第一段21和靠近后沿6的第二段。

电刷3和换向器5中的每一个或二者可以具有2、3或者更多个这种段15、17、19、21、23。

电刷3的第一段15具有比第二段17高的垂直电导率，并且第二段17具有比设置在第一段15和第二段17下游的电刷3的第三段19高的垂直电导率。因此，与靠近后沿12相比，靠近前沿10，电刷具有明显更高的垂直电导率。类似地，换向器5的第一段21比第二段23具有更高的垂直电导率，使得换向器5的垂直电导率也是靠近其前沿4比靠近其后沿6高。

各段15、17、19、21、23中的垂直电导率可以例如相差5倍以上，优选地10倍以上。换句话说，第一段15中的垂直电导率可以比第二段17中的垂直电导率高5倍以上，并且可以比第三段19中的垂直电导率高25倍以上。

在电刷换向器结构1的一个具体例子中，以电阻率代替电导率来表示，第一段15中的垂直电阻率可以是9μΩm，第二段17中的垂直电阻率可以是45μΩm，以及第三段19中的垂直电阻率可以是225μΩm。第一段15、第二段17、第三段19中的横向电阻率可以高3倍，即，可以分别是27μΩm、135μΩm和675μΩm。换句话说，在各段15、17、19中，横向电导率比相应的垂直电导率低3倍。

需要指出的是，尽管在图2和图3中所示的实施例中，电刷3和换向器5二者都包括若干个段15、17、19、21、23，但是也可以电刷3和换向器5中只有一个设置有这样的垂直电导率不同的多个段。

此外，应当指出，尽管在所示的实施例中，建立了各段15、17、19、21、23，使得垂直电导率在横向位移方向7上以逐级方式变化，但是也可以以逐渐或连续方式建立垂直电导率的这种变化。换句话说，尽管关于图2和图3描述了在同一个段中垂直电导率均匀的各段15、17、19、21、23，但是这种垂直电导率可以在横向位移方向7上连续变化，并且例如可以分别从靠近电刷3或者换向器5的前沿10、4的位置到靠近后沿12、6的位置连续降低。

如果电刷换向器结构1的电刷3和/或换向器5具有在此描述的在沿着横向位移方向7的方向上变化的垂直电导率，则可以影响穿过电刷3的接触面9与换向器5的接触面11之间的重叠区13的电流密度，使得对于电刷3和换向器5沿着横向位移方向7位移期间的几乎所有空间组态，电流密度不超过穿过电刷换向器结构1的额定最大平均电流密度的130％。

通过将重叠区13小并且靠近换向器5和电刷3的后沿6、12这样的空间组态中的电流密度也限制为低于RMAECD的130％，可以防止电机中换向时发生过大火花或者电弧，并且可以减小电刷换向器结构1的磨损和恶化。因此，可以提高电机的寿命和可靠性。

最后，应当指出，诸如“包括”、“具有”等术语不排除存在其他附加元件。术语“一个”或者“一”不排除存在多个元件或者主题。术语“A和B中的至少一个”可以解释为“A和/或B”的意思。权利要求中的附图标记只是为了更容易阅读，并且不以任何方式限制权利要求的保护范围。

附图标记列表

1、电刷换向器结构

2、换向器片

3、电刷

4、换向器前沿

5、换向器

6、换向器后沿

7、横向位移方向

8、换向器片之间的间隙

9、电刷的接触面

10、电刷的前沿

11、换向器的接触面

12、电刷的后沿

13、重叠区

15、电刷的第一段

17、电刷的第二段

19、电刷的第三段

21、换向器的第一段

23、换向器的第二段

23、垂直于接触面的方向

100、电机

102、定子

104、转子

106、轴线