专利名称：换向器及改善换向器片导电层间连接的方法
技术领域：
本发明涉及电机的换向器，以及改善换向器片第一导电内层与固定于该 内层的第二导电外层间连接的方法。
背景技术：
换向器作为直流马达中的旋转开关，包括多个导电的换向器片，所述换 向器片被布置在一圆柱面或平面上，并固定到电绝缘(通常是酚醛树脂)基 体上。各换向器片相互分离并与相邻的换向器片电绝缘，因此经过其外表面 的电刷(通常是碳刷)仅与一个(或多个)与之接触的换向器片间形成导电 路径。
图1至图4示出一种现有的平面式换向器，该换向器包括圆形电绝缘酚 醛基体2、由基体2支撑的多个导电的换向器片4，基体2中央设有容置马达 转轴的中心穿孔，每个换向器片4包括铜制内层5和固定到内层5的石墨碳 刷接触外层7，自内层5延伸出挂钩6用于连接转子绕组。
换向器片的内层5形成有多个倒钩8 (图中示出3个)。倒钩8以微小的 角度从内层5的边缘突出，并位于电绝缘基体2的边缘。虽然这样的设计能 够提供牢固可靠的连接，但形成径向的内部倒钩限制了换向器的小型化。这 造成与换向器片的数量有关的尺寸限制。而省略内部倒钩则会导致换向器片 与基体间的连接不稳定，在恶劣的振动环境下容易产生松动。通常，换向器片的石墨外层7与铜制内层5通过焊接方式连接。然而，
使用X射线成像时发现，焊接过程中内层5和外层7之间存在多余的焊剂和 空气，因此导致连接不均匀、不牢固。
在铜制内层5被连接到酚醛基体2，以及石墨电刷接触外层7被连接到 该内层5后，通过切割形成换向器的换向器片，通常沿着换向器对角拖拉圆 锯进行切割。然而，切割装置被拉出或拉离酚醛基体2时，经常会从基体2 的外周边缘削下碎屑，这导致更高的碎屑率。被削区域削弱了换向器基体的 强度，因而容易发生断裂，加速电刷磨损并影响马达的寿命。而且，被削区 域会使得塑模无法沿周向边缘完全密封，因此会使电枢的浇注塑料进入换向 器的切缝中，从而影响换向器的寿命。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种换向器，包括电绝缘基体及由所述电 绝缘基体支撑的多个导电的换向器片，每一换向器片包括装设于所述基体的 第一导电内层和固定到所述第一导电内层的第二导电外层，所述内层和外层 具有彼此相接的两相对面，在所述两相对面的至少一个面上形成有用于容纳 焊剂和/或空气的开口。所述方法包括在所述内层与外层相固定之前，在所述 两相对面的至少一个面上形成凹陷，用于容纳固定所述内层和外层的相对面 时形成的焊剂和/或空气。
根据本发明的另一方面，提供一种改善换向器片的第一导电内层与第二 导电外层间连接的方法，所述内层与外层通过彼此相接的两相对面相固定， 所述方法包括在所述内层与外层相固定之前，在所述两相对面的至少一个面上形成开口，用于容纳固定所述内层和外层的相对面时形成的焊剂和/或空 气。
本发明所举实施例具有的有益效果是通过在内层与外层的相对面上形 成开口，用于容纳固定内层和外层的相对面时形成的焊剂和/或空气，从而可
使内层与外层之间的连接明显更加均匀，因而更牢固持久。
下面参考附图通过实例详细描述本发明，其中
图1为现有技术的平面式换向器在装配和切割之后其电刷接触层的透视
图2为从下面观察现有技术的换向器的透视图，其中以剖视图显示电绝 缘基体，以使电绝缘内层可见；
图3示出现有技术的换向器片中形成内层以及固定电刷接触外层的部
分；
图4为现有技术的换向器片在分割之前其边缘的放大图； 图5为根据本发明一实施例的换向器在分割之前的透视图，为清楚显 示，其中去除了外部电刷接触层；
图6为图5所示换向器的外部电刷接触层在连接到导电内层之前的结构
图7为图5所示换向器中一个换向器片的剖视图，其中显示内层固定到 电绝缘基体的固定架以及固定到内层的外部电刷接触层；
图8示出的剖视图用图形显示外层电刷接触层固定到内层的原理；
图9为换向器中一个换向器片的内层的透视图，其中显示凹陷的形成；图10示出与图9的换向器片相似的视图，其中显示固定架的形成； 图11为图5所示换向器的边缘的放大图，其中显示基体上的缺口。
具体实施例方式
请参考图5至图11，换向器10包括圆盘形的电绝缘基体12和由基体12 支撑的多个导电的换向器片16，基体12具有容置马达转轴的中心穿孔14， 基体12通常由酚醛模塑料制成，但也可使用任何其他合适的电绝缘材料。
每个换向器片16包括装设于基体12上的第一导电内层18，以及通过其 内表面21被固定到所对的内层18的外表面22的第二导电外层20。内层18 优选地由金属(例如铜或铝心覆铜)制成。外层20优选地由石墨制成。内层 18和外层20均设有用于容置马达转轴的中心穿孔24，内层18还包括从其外 周边缘延伸的挂钩26用于连接马达绕组。
每个换向器片16的内层18的背离基体12 —侧的外表面22具有凹陷 30。每个换向器片16包括至少一个在内层18的内边缘32与外边缘34之间 形成的凹陷30。参考图9所示，凹陷30具有底部，优选地通过压制形成。 尽管图中所示凹陷30为圆形，但也可使用其他非圆形状。
图5至图7示出凹陷30的应用原理。换向器10的装配过程中，在分割 之前，具有与换向器片16的数量相当的多个凹陷30的圆盘形导电内层18被 装设到基体12上，然后圆盘形电刷接触外层20被固定到内层18的外表面 22。外层20与内层18通常通过焊接来实现固定。如图8所示，凹陷30可用 来提供空间容纳焊接时外层20与内层18接触表面间的多余焊剂和空气。通 过X射线成像可以看到，通过提供凹陷30，内层18和外层20之间的连接明显更加均匀，因而更牢固持久。装配完成后，使切割装置按直径方向横穿内
层18和外层20，将内层18和外层20分割形成换向器片16。
如图9所示，通过压制形成凹陷30时会导致内层18的一部分36从其基 体接触面28突出来，将这一部分36分为两个臂部38 (见图10)形成反V 形，便形成固定架40。固定架40与换向器片16的内层18的边缘有一定的 距离，优选地，固定架40大致上位于内层18的中心，优选地还与各凹陷30 的位置相配合。
每个换向器片16的内层18在其内缘32或邻近内缘32处还具有一个开 口 42。在本实施例中，开口 42是一个延伸穿过内层18厚度的固定孔。可选 地，开口 42也可以是在基体接触面28形成的盲孔或在内缘32处形成的开 槽。
在换向器10的装配中，内层18被安装在未硬化的基体12上，因此固定 架40被嵌入在模塑料中，并且模塑料流入并通过固定孔42。最好将基体12 直接浇铸到内层18，例如使用嵌件模塑技术，在塑料被注入到注塑机模腔之 前，先将内层18放入到模腔内。塑料硬化后，在基体12的内缘46与外缘 48的中间位置处通过固定架40，以及通过内层18的内缘32嵌入基体12， 将内层18牢固、不可脱落地固定到基体12。内层18的内缘32嵌入基体12 形成一个用于定位所述外层的环。
在上述实施例中，固定架40为内层18和基体12提供了非常可靠的固定 连接，而固定孔42以及内层18的内缘32嵌入基体12更加强了这一连接固 定。
如上面所述的，将电绝缘基体12、导电内层18和导电外层20连在一起 后，通过例如使用圆锯或切削盘对角横切来形成所需数量的换向器片16。在本实施例中，形成有16片换向器片，并因此形成8个切缝。然而，到目前为
止所描述的换向器的实施例适用于形成任意数量的换向器片而不仅限于16片。
由于基体12的模塑料硬化后比较脆，注塑过程中，在切割或分割换向器 片之前，在相邻挂钩26之间的外圆周面52中部形成有缺口 50。参考图11 所示，缺口 50为在基体12最接近换向器片16的内层18的外缘48a中形成 的凹陷、凹穴、开槽、沟或缝。形成于换向器片间的切缝与缺口的位置对 齐。这样，当切割装置在换向器片分割过程中沿内层18和外层20的直径移 动时，切割刀片(如圆锯或切削盘)在开始切割基体12前先经过缺口，并在 切割行程结束时经过另一缺口。缺口 50通过对被切割基体区域提供物理支撑 来阻止或限制基体12的碎屑。
上述缺口 50可适用于以不同方式装配、但仍通过切割形成换向器片的其 他换向器。
尽管建议使用多个分离的凹陷，但也可使用单个凹陷。例如可以使用环 状的圆形凹陷(可以是槽或沟)，在分割之后形成横向贯穿换向器片的槽或 沟。
可以使用任何合适的方法连接内层和外层，包括软钎焊(soklering)、熔 焊(welding)和硬钎焊(brazing)等。在所有这些方法中，凹陷都可容纳焊 剂和/或空气或其他任何材料，以在两层之间提供更均匀的接合。
尽管前面仅描述了使用凹陷，但也可使用其他任何合适的开口。所述的 开口例如可以是完全贯穿内层的通孔。
尽管前面描述了在内层提供凹陷或开口，但作为补充或替代，也可在相 对的外层的内表面提供凹陷或开口。这样，内层和外层彼此相接的相对面可每个都具有用于容纳将外层固定到内层过程中的焊剂和/或空气的开口。作为 替代的，也可以只在相对层的其中一个上提供开口。
在直流马达(特别是在12V和24VDC马达)中使用上述换向器非常有 益。所述直流马达包括主要标准组件，特别是马达壳体、置于马达壳体内的 定子、具有可旋转地安装在壳体中的转轴的转子、装设在转轴上与定子并列 的转子铁芯、以及换向器。在壳体内或壳体上还提供电刷装置以与换向器电 连接。
将上述换向器应用于直流马达的好处在于，由于外层和内层间的连接更 好，并且内层和基体间的物理连接更坚固，因此能够降低电阻，获得更长的 工作寿命。高额定24V直流马达使24V燃料泵或其他24V马达系统得以开 发，从而可以开发理想的24V车辆电气系统，而不需要变压装置。这不仅降 低成本，而且减少重量、节省空间。
24V直流马达的典型应用包括任意24V系统，如卡车、拖拉机和客车中 建立的24V系统。
上述各实施例仅以实例方式提供，对于本发明所属领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明权利要求书定义的范围的前提下，还可以做出变化。
1权利要求
1、一种换向器，包括电绝缘基体和由所述基体支撑的多个导电的换向器片，每一换向器片包括装设于所述基体的第一导电内层和固定到所述第一导电内层的第二导电外层，所述内层和外层具有彼此相接的两相对面，其特征在于，在所述两相对面的至少一个面上形成有用于容纳焊剂和/或空气的开口。
2、 根据权利要求1所述的换向器，其特征在于，所述开口是具有底部的 凹陷。
3、 根据权利要求1所述的换向器，其特征在于，所述开口形成于所述内 层的与所述外层相接的外表面上。
4、 根据权利要求1所述的换向器，其特征在于，所述开口形成于所述外 层的与所述内层相接的内表面上。
5、 根据权利要求1所述的换向器，其特征在于，所述换向器还包括将所 述内层固定至所述基体的固定架。
6、 根据权利要求5所述的换向器，其特征在于，所述固定架为所述内层 的一部分，伸入基体内部。
7、 根据权利要求5或6所述的换向器，其特征在于，所述固定架由形成 所述开口时从所述内层压出的材料形成。
8、 根据权利要求7所述的换向器，其特征在于，所述固定架呈倒V形。
9、 根据权利要求6所述的换向器，其特征在于，所述固定架与所述内层 的边缘有一定的间隔。
10、 根据权利要求1至6任一项所述的换向器，其特征在于，每一换向 器片的内层设有容纳部分基体的另一开口。
11、 根据权利要求1至6任一项所述的换向器，其特征在于，所述内层由金属制成，所述外层由石墨制成，所述基体由树脂制成。
12、 根据权利要求1至6任一项所述的换向器，其特征在于，所述电绝 缘基体的外表面对应相邻换向器片间的切缝处形成有缺口。
13、 根据权利要求1至6任一项所述的换向器，其特征在于，所述换向 器为平面式换向器，每一换向器片的内层形成有挂钩。
14、 一种改善换向器片的第一导电内层与第二导电外层间连接的方法， 所述内层与外层通过彼此相接的两相对面相固定，其特征在于，所述方法包 括在所述内层与外层相固定之前，在所述两相对面的至少一个面上形成开 口，用于容纳固定所述内层和外层的相对面时形成的焊剂和/或空气。
15、 根据权利要求14所述的方法，其特征在于，具体地，所述开口为在 所述内层中压制形成的凹陷。
16、 根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所 述相对面的至少一个面上形成幵口之后，将所述内层与外层焊接在一起。
17、 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在形成开口步骤之后、 焊接步骤之前，所述方法还包括在所述内层上形成固定架，所述固定架由 形成所述开口时从所述内层压出的材料形成。
18、 根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过嵌件模塑技术将所述内层固定到电绝缘基体。
19、 根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，在基 体上形成多个缺口，在将所述内层固定到电绝缘基体后还包括切割所述内层和外层以形成换向器片，切割时与缺口对齐并经过缺口，以防止或限制分 割过程中产生碎屑。
全文摘要
本发明涉及一种换向器及改善换向器片导电层间连接的方法。所述换向器包括电绝缘基体及由所述电绝缘基体支撑的多个导电的换向器片，每一换向器片包括装设于所述基体的第一导电内层和固定到所述第一导电内层的第二导电外层，所述内层和外层具有彼此相接的两相对面，在所述两相对面的至少一个面上形成有用于容纳焊剂和/或空气的开口。所述方法包括在所述内层与外层相固定之前，在所述两相对面的至少一个面上形成凹陷，用于容纳固定所述内层和外层的相对面时形成的焊剂和/或空气。本发明的换向器，通过在内层和外层的相接面上形成开口，内层和外层之间的连接明显更加均匀，因而更牢固持久。
文档编号H01R39/06GK101483300SQ20091000362
公开日2009年7月15日 申请日期2009年1月9日 优先权日2008年1月11日
发明者潘秉和 申请人:德昌电机(深圳)有限公司