具有延长的换向间隔的电刷换向电动机的换向器的制作方法

本发明涉及一种用于电动机的盘式换向器和鼓式换向器，其具有至少两个换向板，每个换向板包括用于接触碳刷的滑动表面段，所述滑动表面段彼此电隔离。

背景技术：

由于具有碳刷的电动机的旋转运动，两个或更多相邻的换向板在换向期间发生短路。这使得电流方向在短路线圈中相对于原始电流方向颠倒。为了在换向期间释放存储在短路线圈中的能量，换向应该尽可能长。如果在换向过程结束时短路线圈的电流不完全反向，即当分离在相邻换向板之间的短路时，碳刷和换向板之间可能形成火花，因此可能会去除更多的材料，即碳刷或换向器磨损更严重且使用寿命缩短。此外，形成的火花对机器的功能和效率产生负面影响。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是设计一种用于电动机的换向器，从而获得改进的换向特性。

关于盘式换向器，该目的通过结合权利要求1的前序部分的滑动表面段的电分离物来实现，滑动表面段以角度α倾斜的方式朝着换向器直径延伸。

关于鼓式换向器，本发明的目的通过结合权利要求3的前序部分的滑动表面段的电分离物来实现，滑动表面段沿鼓式换向器的纵向倾斜，并且与鼓式换向器的旋转轴线在鼓式换向器的壳体表面上的投影形成角度β。

更长的换向持续时间通过换向器的新几何结构来实现，例如，借助以根据本发明的方式定向各个换向板(换向板的各个滑动表面段)之间的电分离物，从而通过滑动表面段的目标几何结构来实现-电分离物在实际中相当于两个滑动表面段之间的间隙。通过这种措施，可以防止在打开板接触时形成火花的可能性，这可以使得电机的使用寿命增长和电机的操作改善。

特别是，碳刷与多个换向板(的多个滑动表面段)接触的角度间隔被扩大，因此增加了持续时间(换向持续时间)，其中至少一个线圈发生短路。这个的结果是在受影响的分支中的源电压通过较小的线圈电阻而降低，并且机器因此根据接触电阻与线圈电阻之间的关系适应更高的电功率。

在盘式换向器的情况下，各个滑动表面段之间的电分离物不再从换向器的旋转轴线径向地向外延伸，而是相对于换向器直径以角度α倾斜。

在鼓式换向器的情况下，在未卷绕的壳体表面上观察到的滑动表面段的电分离物不再平行于换向器的旋转轴线布置，而是与鼓式换向器的旋转轴线在鼓式换向器的壳体表面上的投影形成角度β。

该优化是基于在考虑廉价生产的情况下对尽可能长的换向持续时间最佳的滑动表面段的几何结构的计算。角度α或β因此包括在尽可能长的换向持续时间的标准下被优化的值。

附图说明

从以下描述和附图中可以获得更多有利的实施例，附图通过示例性盘式换向器描述了本发明的优选实施例。在附图中，

图1示出了根据现有技术的盘式换向器的滑动表面段的几何结构以及它们的电分离物(间隙)的布置，

图2示出了根据本发明的盘式换向器的滑动表面段的几何结构以及它们的电分离物(间隙)的布置，

图3示出了根据本发明的具有碳刷的盘式换向器的滑动表面段的几何结构以及它们的电分离物(间隙)的布置的三维视图，

图4示出了交叉电阻的模拟结果，

图5示出了通过图4的电阻的线圈电流的放电行为，

图6示出根据本发明的鼓式换向器的未卷绕的壳体表面，其具有滑动表面段的几何结构以及它们的电分离物(间隙)的布置。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据现有技术的盘式换向器1的滑动表面段4的几何结构。盘式换向器1包括八个换向板3，每个换向板具有滑动表面段4，各个换向板3或者说它们的滑动表面段4通过径向延伸的电分离物6(间隙)电隔离。因此，盘表面的轴对称分割依次在轴对称的滑动表面段4中实现。

与此相反，在根据本发明的盘式换向器2的滑动表面段4的如图2所示的几何结构中，电分离物6(间隙)在换向器片3或者说滑动表面段4之间以角度α倾斜的方式朝着换向器直径延伸。

图3示出了根据本发明的具有碳刷8的盘式换向器2的滑动表面段4的几何结构的三维视图。

与根据现有技术的盘式换向器1的滑动表面段4的几何结构相比，产生了延长的换向持续时间(图4)。这意味着在电动机的相同旋转速度下，短路线圈中电流的换向时间更长。而且，随之可以容纳更高的电功率。

在图4的图表中，标准碳刷8的交叉电阻的模拟结果被表示为旋转角度的函数。

根据现有技术的换向器1上的碳刷的交叉电阻的模拟曲线与优化的换向器2(根据本发明的换向器几何结构)的曲线形成对比。从这些曲线可以看出，在换向过程开始和结束时(旋转角度为1°至6°和62°至68°)，电阻增加。这是由于以下事实产生的：在这些换向区域中的标称接触表面在优化的换向器几何结构中比在从现有技术已知的几何结构中小。此外，从图4的x轴(旋转角度)可以看出，相对于根据现有技术的已知几何结构，碳刷8和换向板3的滑动表面段4之间的接触在创新的换向器上延长了13°。

图5示出了在新的换向器2(根据本发明的换向器几何结构)上和与之相比的根据现有技术的换向器1上模拟的通过电刷的交叉电阻的放电行为。可以看出，与电流的相对放电行为相比，减少增加了约15％。在图5中，在时间轴(x轴)上可以看出，换向持续0.1ms，即在相同转速(9,000rpm)下，与根据现有技术的几何结构相比大约长10％。

图6示出了根据本发明的鼓式换向器12的未卷绕的壳体表面。换向板3的滑动表面段4之间的电分离物6(间隙)与鼓式换向器12的旋转轴线14在鼓式换向器12的壳体表面上的投影形成角度β。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种用于电动机的盘式换向器和鼓式换向器，换向器具有至少两个换向板，每个换向板具有用于接触碳刷的滑动表面段，所述滑动表面段彼此电隔离。在盘式换向器中，电分离物在滑动表面段之间以角度α倾斜地朝着换向器直径延伸。在鼓式换向器中，滑动表面段的电分离物沿鼓式换向器的纵向倾斜，并且与鼓式换向器的旋转轴线在鼓式换向器的壳体表面上的投影形成角度β。

技术研发人员：拉斯洛·卡托纳;安德拉斯·凡尔纳;乔治·沃劳费尔
受保护的技术使用者：申克碳科技有限公司;AC2T科研有限公司
技术研发日：2016.05.24
技术公布日：2018.04.13