交流发电机刷架的制作方法与工艺

本发明整体上涉及交流发电机刷架组件，并且更具体地，涉及用于弹簧型电刷组件的改进的可靠性。

背景技术：
电动发电机例如发电机、马达和汽车交流发电机可以包括电刷，电刷提供在旋转转子与电机电路的其他部件之间的电连通。电刷通常包括碳和石墨材料。作为转子电路的一部分，电刷可以被容纳在包括弹簧的刷架组件中，弹簧导致电刷维持与转子的导电旋转部分的牢固接触。在常见的交流发电机中，两个滑环设置在转子组件的一个端部上并且分别地连接到转子场绕组上。对应对的电刷通常设置为由弹簧迫压抵靠旋转的滑环。汽车交流发电机的转子通常由带和滑轮系统驱动以在缠绕到叠片铁框架上的转子绕组内旋转。来自旋转转子的磁场在定子绕组内感应交流电压。交流电压（AC）随后通常由二极管整流器被转变为直流（DC）电压，二极管整流器将DC电压输出到一个或多个电池和汽车的电子装置中。关联的设备可以包括用于监控电池电压和流向转子的场绕组的电流等的调节器和控制器。DC输出电压可以为例如14伏，其通常比常规的汽车电池电压（例如12.7伏）大至少一伏。用于常规的汽车交流发电机的场绕组电流可以多达5-8安培，而救护车、客车、半牵引车、和多种车辆可能需要更大的电流例如以用于在车辆怠速时向空调、加热器、照明、制冷单元等供电。在电源与电刷之间的电连通可以由编织线或捻搓线提供，该线具有经由一个或多个电端子连接到电刷上的一个端部和连接到电源上的另一个端部。这种线通常由本领域的技术人员称为分流器或分流线。一些常规的电刷具有从电刷的后部突出穿过弹簧的中心的分流线。这可能是有问题的，这是由于分流器可能在电刷弹簧被压缩时与弹簧缠绕。缠绕的分流器可以导致电刷变为被卡住，从而导致场电流从交流发电机中的移除。在这种情况下，没有电输出由交流发电机产生。其他常规的电刷具有从电刷的顶部/底部突出的分离器。但是，利用非对称电刷，例如具有角度前接触表面的电刷，这种构型由于负和正电刷需要为不同的部件而是非期望的。例如，分流器可以从负电刷的顶部突出而从正电刷的底部突出。

技术实现要素：
由此，期望的是通过提供一种刷架组件避开上述缺点，所述刷架组件具有分流线，所述分流线不会变为自缠绕和/或不会由于与分流线腔体的侧部的接触而变为弯曲。相应的分流线沿与中心轴基本相同的方向从顶部和底部离开的常规的交流发电机电刷结构向对应的电刷组件添加非期望的高度，而本公开的实施例通过使用一对侧向离开的电刷而最大限度地减小总的电刷组件高度。但是，在没有进一步改进的情况下，使用侧部离开的电刷可能具有其中分流线具有绷紧弯曲且变为自缠绕的问题。由此，本公开的实施例的优点在于提供足够的空间，使得分流线不会绷紧弯曲。实施例提供了足够尺寸的相邻分流线腔体以最大限度地增大分流线空间，而仍然提供能够使用位于任一电刷位置中的单个电刷模式的组件。本文所述的实施例减小或防止可能导致汽车交流发电机的失效的分流线的缠绕、弯曲和应力（张力/扭力）。例如，如果分流线变为受损、抓住、弯曲和/或自缠绕，则其可能变为压缩并且将压缩力传递到电刷中，从而导致电刷变为被卡住。通过实施所公开的结构，防止了电刷的这种非期望偏置和分流线的非期望应力。根据实施例，一种具有旋转轴线的用于交流发电机的刷架组件包括一对电刷，每个电刷具有限定有宽度和高度的接触表面，所述高度沿大致平行于所述旋转轴线的方向延伸，并且每个电刷具有从所述电刷沿宽度方向横向延伸的分流线。所述刷架组件具有壳体，所述壳体具有：第一电刷腔室和第二电刷腔室；对应的第一分流线腔体和第二分流线腔体，每个腔体限定沿基本平行于所述旋转轴线的方向延伸的腔体高度；以及第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和第二凹槽分别插置在所述对应的腔室与腔体之间。所述相应的分流线延伸穿过所述第一凹槽和第二凹槽并且随后穿过所述第一分流线腔体和第二分流线腔体。所述第一分流线腔体和第二分流线腔体的所述腔体高度各自为所述电刷中的一个的高度的至少大约0.9倍。根据实施例，所述第一分流线腔体的高度小于大约0.97×（（A/2）+B），其中A为所述电刷高度，而B为介于所述电刷之间的距离。根据实施例，一种交流发电机刷架组件限定垂直的y和z轴，所述z轴基本平行于交流发电机的旋转轴延伸。所述组件包括：第一电刷和第二电刷，每个电刷具有从所述电刷的横向侧部突出的分流线；以及壳体，所述壳体具有：第一电刷腔室和第二电刷腔室，每个腔室大致平行于y轴延伸并且具有设置在其中的所述第一电刷和第二电刷；第一分流线腔体和第二分流线腔体，所述腔体从电刷前部分延伸到分流线出口部分，所述第一分流线腔体限定中线，所述中线沿与z轴形成角度α的方向延伸；以及第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和第二凹槽分别将所述第一分流线腔体和第二分流线腔体连接到所述第一电刷腔室和第二电刷腔室上。所述第一分流线和第二分流线横向延伸穿过所述相应的第一凹槽和第二凹槽并且随后穿过所述相应的第一分流线腔体和第二分流线腔体。所述第一分流线腔体具有Z的z轴尺寸，而所述第一分流线腔体的长度为Z×（secα）。根据实施例，一种具有旋转轴线的用于交流发电机的刷架组件，包括一对电刷，每个电刷具有限定有宽度和高度的接触表面，所述高度沿大致平行于所述旋转轴线的方向延伸，并且每个电刷具有从所述电刷沿宽度方向延伸的分流线。所述刷架组件包括壳体，所述壳体具有：第一电刷腔室和第二电刷腔室；对应的第一分流线腔体和第二分流线腔体，每个腔体限定沿基本平行于所述旋转轴线延伸的腔体高度；以及第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和第二凹槽分别插置在所述对应的腔室与腔体之间。所述刷架组件包括一对弹簧，所述一对弹簧设置在所述电刷腔室中的相应一个中以用于将所述电刷朝向所述相应的接触表面偏置。所述相应的分流线延伸穿过所述第一凹槽和第二凹槽并且随后穿过所述第一分流线腔体和第二分流线腔体；所述第一分流线腔体和第二分流线腔体的所述腔体高度各自为所述电刷中的一个的高度的至少大约0.9倍；所述第一分流线腔体的高度小于大约0.97×（（A/2）+B），其中A为所述电刷高度，而B为介于所述电刷之间的距离；并且所述距离B与所述电刷中的一个的所述高度大致相同。前述概述不限制本发明，本发明由所附权利要求限定。类似地，标题和摘要并非以任意方式限制所要求保护的发明的范围。附图说明结合附图参照对实施例的以下描述，示例性实施例的上述方面将变为更明显并且将被更好地理解，其中：图1是包括电刷组件的常规的车辆交流发电机的一部分的示意图；图2是具有侧部离开的分流线的电刷的俯视图；图3是刷架组件的立体图；图4是根据示例性实施例的刷架组件的立体图；图5是根据示例性实施例的刷架组件的立体图；图6是图5的刷架组件的剖视立体图；图7是图5的刷架组件的另一剖视立体图；以及图8是根据示例性实施例的刷架的放大正视图。具体实施方式下文所述实施例并非旨在穷尽的或将本发明限制于所公开的精确形式。相反，所述实施例被选取和描述为使得本领域的技术人员可以明白和理解这些教导的原理和实践。图1是包括电刷组件1的常规的车辆交流发电机的一部分的放大截面示意图。电刷组件1包括壳体2，壳体2由热固性树脂制成且形成为具有两个分开的电刷腔室3、4以用于在其中容纳对应的电刷5、6。恒力弹簧7、8分别设置在腔室3、4内以用于将电刷5、6向外迫压，使得电刷接触端部21、22与附接到轴28上且与轴28同心的滑环118、119抵接。滑环118、119电连接到交流发电机的转子线圈（未示出）的相对端部上。电刷6具有第一分流线（shuntwire）9，第一分流线9电连接到电刷6上并且从分流线连接位置18沿着电刷底表面23延伸穿过凹槽19并且进入分流线腔体20内。类似地，电刷5具有第二分流线（未示出），第二分流线沿着电刷顶表面25在分流线连接位置24处电连接到电刷5上并且向外延伸到与分流线腔体20分开的分流线腔体（未示出）内。密封构件26可以设置在选定的位置处以用于防止电刷组件1的污染。为了排出由电刷5、6的磨损生成的灰尘和粉末，排出孔27可以在如下位置设置在壳体2中：当交流发电机安装在车辆中时电刷组件的各种内部部分将仍然受保护免于变为潮湿。本发明人已经确定，当分流线腔体20缺少足够的空间时分流线9可能变为缠绕和/或弯曲。另外，电刷5、6分别具有顶部和底部分流构型，这需要堆叠两个分开的电刷。另外，由于各电刷方向是不同的，因此电刷5、6的安装可能是困难的。图2示出了电刷30，其具有本体部分31和分流线32，分流线32沿着横向边缘34在分流线连接位置33处连接到本体部分31上。例如，电刷30可以由石墨和/或碳形成，并且可以包含耐磨材料。分流线32通常由编织铜编线形成。弹簧接合部分36在电刷30的后端部37上形成，使得当安装到刷架组件内时电刷30与弹簧牢固地配合。分流线32的远端部35可以以端子或连接器（未示出）作为末端以用于与电源（例如车辆电池）电连通。电刷30可以具有倾斜和/或弯曲的前接触表面38以减小当表面38与旋转滑环相接触时可能发生的颤振。电刷30可以包括润滑剂（未示出）以用于减小和/或减弱在电刷30与交流发电机的滑环之间的摩擦。由这种摩擦生成的粉末和灰尘可以在操作期间排出到电刷前方的空间中。在汽车交流发电机的操作期间，电刷30很慢地磨损并且由此很慢地移动，使得分流线32缓慢地伸展并且典型地不太可能经历在正常温度条件下的疲劳。图3图示了示出为在电刷30的安装之前的示例性刷架组件10。电刷组件10具有由聚苯硫醚（PPS）、包括20-40%的滑石作为填料的聚丙烯（PPT）、和/或其他塑料或共聚物或它们的混合物、和/或包括尼龙和/或热固性聚合物（例如环氧树脂、聚酰亚胺、聚酯等等）制成的本体部分11。由于存在较少量的在电刷组件10中内部产生的热量，因此本体11的塑料或其他材料通常被指定为耐受由辅助元件（例如整流器二极管）所产生的热量。一对电刷腔室12、13设置用于在其中容纳对应的一对电刷（图3中未示出）。电刷腔室12、13分别经由凹槽16、17连接到分流线腔体14、15上。腔体14、15各自具有对称轮廓，具有例如从分流连接件33的中线39（对应于凹槽16的中点）到腔体14的一个端部40（并且在图3中表示为端线41）测量的3.7mm的腔体高度。在这种情况下，在每个腔体14、16的顶部端部42和底部端部43之间的距离通常为7.4mm。以该对称形式，腔体15的顶部端部42和底部端部43各自与中线39等距。当组装时，电刷组件10具有两个电刷部分30，各自具有对应的分流线32，分流线32从电刷的横向侧部突出并且经由凹槽16、17横向延伸到分流线腔体14、16内。对于电刷部分中的每一个，凹槽和腔体的相应高度定心到分流线连接器的中线与电刷的侧部中。尽管这种结构可以容许在两个腔体14、15中使用相同“横向边缘分流”型电刷30并且不存在弹簧的缠绕问题，但是电刷组件10可能仍然经受由分流线32的自缠绕和/或弯曲所引起的失效。这种缠绕和/或弯曲可以能够在汽车交流发电机的环境中发生的极端振动导致，并且该振动可以导致电刷30和分流线32反弹。这种动态振动效果可以在分流线32被约束、扭结或限制时导致电刷30的扭曲增大。如图2中所示，宽度尺寸和横向或侧向方向指的是电刷30的X轴，而深度尺寸基本指的是电刷30的Y轴。高度尺寸基本指的是Z轴，如图1中所例示，图1中的示例所示为平行于交流发电机轴28的中心轴线。通常，分流线腔体的长度指的是横截面图中的最长尺寸，或者其一部分。图4图示了示出为在电刷的安装之前的示例性刷架组件50，具有由以上关于本体部分11所述的材料制成的本体44。一对电刷腔室45、56设置用于在其中容纳对应的一对电刷（图4中未示出）。电刷腔室45、46分别经由凹槽28、29连接到分流线腔体47、48上。分流线腔体47具有不对称轮廓，具有从分流线连接件33的中线51（对应于凹槽28的中点）到腔体47的顶部端部53（图4中表示为端线49）测量的至少7.5mm的腔体高度。分流线腔体48具有不对称轮廓，具有从分流线连接件33的中线52（对应于凹槽29的中点）到腔体48的顶部端部54（图4中表示为端线55）测量的至少7.5mm的腔体高度。当分流线腔体47、48具有相同的高度时，例如介于腔体47的顶部端部54与底部端部56之间的距离和介于腔体48的顶部端部53与底部端部57之间的距离通常均为8.5mm。当组装时，电刷组件50具有两个电刷部分，每个具有从电刷的侧部突出且经由凹槽28、29横向延伸到分流线腔体47、48内的相应的分流线32。如由环境测试证实的，由不对称腔体结构所提供的额外空间极大地减小了振动的动态效果。图5示出了电刷组件60，具有包封在每个电刷腔室58、59中的电刷30。各电刷腔室58、59具有圆形顶部分61和圆形底部分62（参见例如图6），使得弹簧69、70可以在安装电刷30之前被安装。相应电刷30的接触表面38可以倾斜和/或弯曲（例如，图2），而壳体64的外表面63可以与这种接触表面38的形状对应地倾斜和/或弯曲。弹簧将电刷30向外迫压并且迫压到与交流发电机的滑环相接合，而电刷腔室58、59形成为使电刷30能够在它们由于摩擦而磨损时容易地从表面63向外滑动。电刷30的分流线32横向延伸穿过相应的凹槽65、66而进入相应的分流线腔体67、68内。由于分流线腔体67、68各自设置到电刷腔室58、59的一个宽度方向侧，因此具有倾斜接触表面的电刷30可以在任一电刷腔室中使用，从而消除对于堆叠和安装两个单独电刷的需求。每个分流线腔体67、68基本沿仅一个高度方向延伸，从而在最大限度地减小壳体64的总高度的同时减小对应的分流线32的缠绕。分流线32在一侧腔体67、68中更容易移动，这容许在电刷行进期间有效地封装相应的分流线32。所获得的对分流线32的约束和张力的减小也有利于电刷30的平滑运动，这是由于这减小了施加到电刷30上的横向力。如图6中的示例所示，顶部电刷30的分流线32离开壳体64的顶部，而底部电刷30的分流线32离开壳体64的底部。图6和图7为示例性电刷组件60的剖视图。恒力弹簧69、70装配在相应电刷腔室58、59内并且配置为在其中扩展和收缩。弹簧69、70的直径通常选取为在交流发电机操作期间最大限度地减小震动和非期望的运动，而仍然确保弹簧运动的自由度。弹簧69、70与电刷30的弹簧接合部分36（例如，图2）配合以将电刷30迫压到与滑环相接合。凹槽65、66的相应宽度71、72足以容许相应的分流线32沿着其滑动但是不是宽到足以提供分流线32与暴露的弹簧部分73、74相接触的可能性。在安装期间，分流线32的相应端部35被插入到出口孔77、78内，并且可以在相应的弯曲位置75、76处被轻柔地抓握以在弯曲75、76设置在预定位置时确保穿过腔体67、68的布线的一致性。弯曲75、76通常在形状上为逐渐过渡的以避免打结并且可以预制成型。分流线腔体67具有不对称轮廓，具有从分流连接件33的中线79（对应于凹槽65的中点）到腔体67的顶部端部81（在图7中表示为端线80）测量的至少7.5mm的腔体高度。分流线腔体68具有不对称轮廓，具有从分流连接件33的中线82（对应于凹槽66的中点）到腔体68的顶部端部84（在图7中表示为端线83）测量的至少7.5mm的腔体高度。介于腔体67的顶部端部81与底部端部85之间的距离和介于腔体68的顶部端部84与底部端部86之间的距离各自通常为至少8.5mm。锥形部分114、115有助于在组装期间将两个相应的分流线端部35朝向分流线出口孔77、78引导。分流线腔体的长度由此可以称为标称值，这是由于这种锥形部分具有随腔体接近相应的分流线出口端口时递减的腔体长度。为了使可用的腔体空间最大化，本体44的介于腔体67、68之间的部分通常最小化。电刷组件60的实施例可以整体地描述为具有一对基本单侧不对称分流线腔体67、68，每个具有为电刷30的z轴高度的至少0.9倍的z轴高度（例如从分流线电刷连接件33的中线79到腔体81的长端部测量的）。由于底部腔体68不会延伸到顶部腔体67内，因此底部腔体68（用于平行于z轴延伸的底部分流线腔体）的高度通常小于0.97乘以（电刷30的z轴高度的一半加上介于两个电刷30之间的z轴高度）。由于理想的是维持在两个电刷30之间的大约一个电刷高度的距离，因此对于底部分流线腔体68（当平行于z轴延伸时）的高度的上限变为电刷30的高度的1.45倍。图8是示出为在电刷和弹簧安装到电刷腔室87、88内之前的示例性刷架组件90的正视图。电刷腔室87、87分别经由凹槽93、94连接到分流线腔体91、92上。分流线腔体91、92各自形成为至少关于z轴98倾斜。如所示，分流线腔体91具有中线89，中线89以角度α远离于z轴98延伸。分流线腔体92具有中线103，中线103以角度β远离于z轴98延伸。每个分流线腔体91、92由与本体部分97一体形成的材料的环绕体积（其使腔体空间隔绝）限定，并且这种环绕材料包括例如在分流线腔体91的端部分99处形成的阻挡层100。通过以倾斜角α形成分流线腔体91，分流线腔体91的远端部104保持在z轴位置101处（例如，图5的实施例，示出为虚线部分105），但是分流线腔体长度从z尺寸106增大到倾斜分流线腔体长度107。例如，当从电刷-分流线连接件33（例如，图2）的中线102（示出为x轴）到z轴位置101测量的长度106为Z时，从z轴98和x轴102的交点到分流线腔体91的远端部104的倾斜腔体长度107为（Z×（secantα））。由此，分流线腔体91的以角度α的倾斜基本进一步增大其长度。例如，当Z=7.5mm且α=30度时，倾斜腔体长度107变为（7.5×（secant30））=8.7mm。相同的整体分析适用于以角度β远离于z轴98倾斜的腔体92的中线103。本体部分97可以通过使与分流线腔体91相邻的本体部分108倾斜和通过使与分流线腔体92相邻的本体部分109倾斜而进行修改以减小本体尺寸，从而移除大量的本体材料并且相应地节约成本和空间。底部分流线出口端口96设置为与本体部分97的底表面110相邻。顶部分流线出口端口95可以沿着中间表面112设置，中间表面112由分流线腔体92的倾斜和本体部分109的关联倾斜提供。在这种情况下，用于与电刷腔室87的电刷电连通的电端子113可以沿着中间表面112设置在分流线出口端口95附近。可选地，分流线出口端口95可以沿着本体部分108设置或者设置在本体顶表面111附近。通过所述原理，技术人员可以选择提供沿与分流线出口端口94的方向相同或大致相反的方向的用于电刷腔室87的分流线出口。各种实施例可以有利地包封分流线腔体的多个部分和凹槽，否则该多个部分和凹槽沿着本体部分的电刷接触端部敞开。例如，在电刷30已经安装、分流线端部32已经离开分流线出口进给、且分流线32已经适当地设置在分流线腔体内之后，朝向电刷接触端部的分流线腔体和凹槽开口可以例如通过安装密封件、环氧树脂、或其他材料进行堵塞。这种堵塞可以防止由电刷30与滑环的摩擦所产生的非期望的电刷粉末以及其他碎屑进入分流线腔体内。可选地，本体部分可以被模制以消除这些外部开口以用于防止在电刷附近的分流线腔体的暴露。示例性电刷组件50、60、90的各种特征和结构并非仅仅对于图示实施例而是可以在适于给定应用时选择性地组合。对于给定应用的刷架组件可以以任意合适的方式全部或部分地形成。尽管已经详细描述了并入本发明的各种实施例，但是本领域的技术人员发生可以对本发明作进一步的修改和适应性修改。但是，应当清楚理解的是，这些修改和适应性修改落在本发明的精神和范围内。