專(zhuān)利名稱(chēng)：碳換向器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及電馬達(dá)的碳片換向器(Commutator)和它的制造方法。
背景技術(shù)：
有時(shí)，永磁直流馬達(dá)用于浸沒(méi)式燃料泵應(yīng)用中。這些馬達(dá)一般采用面型換向器或者圓柱型或者桶形換向器。面型換向器具有平的、圓形換向表面，該換向表面設(shè)置在垂直于電樞旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的平面上。桶形換向器具有弧形、圓柱形換向表面，該換向表面設(shè)置在圓柱的外表面上，并繞著電樞旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)而共軸線(xiàn)地設(shè)置。與換向表面形狀無(wú)關(guān)，用于浸沒(méi)式燃料泵應(yīng)用中的電馬達(dá)一定得小和緊湊，一定得具有較長(zhǎng)的使用壽命，可以在易腐蝕的環(huán)境中進(jìn)行工作，制造和工作費(fèi)用一定得低，并且基本上不需要維護(hù)。
有時(shí)，浸沒(méi)式燃料泵馬達(dá)一定工作在含有氧化合物如甲醇和乙醇的流體燃料介質(zhì)中。酒精增加了燃料的導(dǎo)電性，因此增加了電化反應(yīng)，而電化反應(yīng)除鍍?nèi)魏温冻龅饺剂现械你~馬達(dá)元件。為此，有時(shí)用碳和碳成分形成帶有馬達(dá)的切斷的換向表面的碳片。這是因?yàn)樘紦Q向器不能被腐蝕或者“除鍍”，如銅換向器一樣。帶有碳片的換向器還一般包括金屬接觸部分，這些接觸部分與碳片處于電接觸，并且提供把每個(gè)電接觸物理地連接到電樞線(xiàn)圈金屬絲上的未端。
通過(guò)首先模制和熱處理可模制的碳化合物，或者機(jī)加工熱處理過(guò)的碳或者碳/石墨塊，從而形成碳換向器，這些是公知的。這種布置公開(kāi)在德國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)3150505.8中。然后，換向器絕緣輪轂被形成來(lái)支撐金屬基體。在碳接合到金屬基體之前或者之后，輪轂可以直接模制成金屬基體。然后，通過(guò)碳制品和金屬基體來(lái)機(jī)加工出槽，從而把碳制品和基體分離成許多電絕緣的片。還需要機(jī)加工出換向器的內(nèi)徑、外徑和換向表面。
在把完工的換向器裝配到電樞之后，在最后的復(fù)制模制(overmolding)工序中，蛤殼型模可以設(shè)置在新近裝配好的換向器電樞的上方。該蛤殼型模的開(kāi)口端形成來(lái)以這樣的方式繞著換向器進(jìn)行密封留下露出來(lái)的換向表面。然后把絕緣體材料噴射到蛤殼型模中。一旦絕緣材料固化，那么除去蛤殼模。這種最后的過(guò)模步驟可防止銅電樞繞組和其它易腐蝕元件與周?chē)黧w如氧化燃料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。復(fù)制模還確保金屬絲減少應(yīng)力故障的可能性，并且保持合適的動(dòng)力平衡水平。在泵中，復(fù)制模還將減少空氣阻力損失。
在制造這種換向器時(shí)，把切口加工到金屬基體中或者通過(guò)金屬基體來(lái)加工切口，產(chǎn)生了金屬片。這些金屬片堵塞在產(chǎn)生電絕緣(失效)的片之間的槽中。機(jī)加工到金屬基體中還露出了基體的切口部分，從而使氧化燃料產(chǎn)生腐蝕效果。
在機(jī)加工換向器的碳和金屬基本部分從而形成電絕緣片的地方，提供一些型式的支撐結(jié)構(gòu)來(lái)加強(qiáng)換向器，并且機(jī)械地把碳片和導(dǎo)體部分結(jié)合起來(lái)。這種支撐結(jié)構(gòu)有時(shí)需要換向器具有相當(dāng)大的輔助軸向空間，該軸向空間增加了電樞換向器組件的總體軸向長(zhǎng)度，和或減少了繞在電樞上的金屬絲的大小和數(shù)量。
對(duì)一些種類(lèi)的導(dǎo)電樹(shù)脂接合碳成分而言，當(dāng)它固化時(shí)，絕緣表面層實(shí)質(zhì)上形成在該成分的外部表面上。這個(gè)表面層形成了碳成分和金屬導(dǎo)體部分之間的電接觸的阻礙。因此，使用了這種成分的碳換向器一定提供了通過(guò)絕緣表面層的電通道。
一種解決這些問(wèn)題的方法公開(kāi)在美國(guó)專(zhuān)利5386167中，該專(zhuān)利于1995.1.31授權(quán)給Strobi(Strobi專(zhuān)利)。該Strobi專(zhuān)利示出了由導(dǎo)電樹(shù)脂接合的碳成分(Composition)組成的碳盤(pán)。為了避免與加工成金屬基體有關(guān)的問(wèn)題，碳盤(pán)復(fù)制模制成8個(gè)餅片型銅片，然后在這些片之間徑向切開(kāi)，從而形成8個(gè)電絕緣碳片。塑料基體使銅片安裝在復(fù)制模制碳的位置上，并且在碳片之間提供機(jī)械聯(lián)鎖。但是，塑料基體增加了換向器的軸向厚度。此外，Strobi專(zhuān)利沒(méi)有提供這樣的結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)提供通過(guò)碳成分表面層的電通道，或者該結(jié)構(gòu)可以減少電阻。
所需要的碳片換向器比較堅(jiān)固，并產(chǎn)生通過(guò)增加的碳到位于碳片內(nèi)的銅接觸及通過(guò)任何可形成的絕緣表面層的較小電阻。還有，所需要的方法可以制造這種換向器，而這種方法只需要較少的機(jī)加工時(shí)間并提供較長(zhǎng)的設(shè)備壽命。
本發(fā)明的概述根據(jù)本發(fā)明，提供了一種碳片換向器組件，在該組件中，在具有向上突出部的、預(yù)沖壓成形的金屬基體上模制出碳盤(pán)，在切出徑向槽之前，在碳復(fù)制?；w上模制出絕緣輪轂。換向器組件包括至少兩個(gè)圓周間隔布置的導(dǎo)體部分的環(huán)形布置，該導(dǎo)體部分繞著旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)而布置；至少兩個(gè)圓周間隔布置的碳片的環(huán)形布置，這些碳片由導(dǎo)電的碳成分形成。每個(gè)碳片至少模制成一個(gè)與一個(gè)導(dǎo)體部分相應(yīng)的表面，該導(dǎo)體部分具有限制出換向器的切斷的換向表面的環(huán)形布置。經(jīng)復(fù)制模制的絕緣輪轂繞著碳片和在碳片之間進(jìn)行布置。絕緣體輪轂機(jī)械地聯(lián)鎖住碳片。每個(gè)導(dǎo)體部分至少具有一個(gè)導(dǎo)體突出部，該突出部至少局部地嵌入在相應(yīng)的一個(gè)經(jīng)復(fù)制模制的碳片中。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種形成上述碳片換向器組件的方法。該方法包括形成導(dǎo)體部分的環(huán)形布置，然后，通過(guò)把導(dǎo)電樹(shù)脂接合碳成分模制到環(huán)形導(dǎo)體部分布置上來(lái)形成碳復(fù)制模。在碳模制期間，在與換向表面相對(duì)的碳復(fù)制模(carbon overmold)的內(nèi)表面上形成內(nèi)槽。接著，通過(guò)用絕緣體材料來(lái)復(fù)制模制(overmolding)碳復(fù)制模和導(dǎo)體部分布置，從而形成絕緣體輪轂，該絕緣體材料至少局部占住內(nèi)槽并且機(jī)械地聯(lián)鎖住碳片。最后，從碳復(fù)制模的換向表面向內(nèi)直到內(nèi)槽機(jī)加工出槽，從而形成電絕緣碳片的環(huán)形布置。
與現(xiàn)有技術(shù)的換向器不同，本發(fā)明填充的內(nèi)槽只留下了要加工的碳片的薄部分，從而電絕緣碳片。這至少產(chǎn)生了3個(gè)優(yōu)點(diǎn)這些淺槽使得換向器更加堅(jiān)固和/或軸向更短，切出這些槽所需要的機(jī)加工時(shí)間更短，設(shè)備磨損減少，因此延長(zhǎng)了設(shè)備壽命。
此外，通過(guò)增加導(dǎo)體部分和它們的相應(yīng)碳片之間的表面積接觸，本發(fā)明的導(dǎo)體突出部減少了電阻。該突出部還提供了通過(guò)增加的碳到位于碳片內(nèi)的銅接觸的較小電阻，并且形成通過(guò)任何絕緣表面層的電通道，該表面層形成在由某種碳成分形成的碳片上方。


為了更好地理解和知道本發(fā)明，結(jié)合附圖參照下面的詳細(xì)描述圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造而成的碳面型換向器組件的頂視圖；圖2是沿線(xiàn)2-2截取的、圖1的換向器組件的橫截面視圖；圖2A是圖2所示的另一個(gè)換向器組件結(jié)構(gòu)的橫剖面視圖；圖3是圖1的換向器組件的側(cè)視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明從正方形銅坯料中沖壓成形的銅導(dǎo)體部分的布置的頂視圖；圖5是圖4的沖壓成形的銅坯料的側(cè)視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的、把碳成分環(huán)復(fù)制模制到圖5的沖壓成形的銅坯料上的頂視圖；圖7是沿著圖6的線(xiàn)7-7截取的、圖6的經(jīng)復(fù)制模制的沖壓成形的坯料的橫截面圖；圖8是圖6的經(jīng)復(fù)制模制的沖壓成形的坯料的底視圖；圖9是蛤殼型模的局部橫截面、局部切開(kāi)透視圖，該蛤殼型模環(huán)繞著裝配到根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造而成的換向器組件上的電樞而設(shè)置；圖10是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造而成的另一個(gè)導(dǎo)體部分的透視圖；及圖11是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造而成的另一個(gè)導(dǎo)體部分柄舌的頂視圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述在圖1-3和9中，一般用12表示電馬達(dá)的平面型碳片換向器組件。換向器組件12包括8個(gè)沿圓周方向間隔布置的導(dǎo)體部分的環(huán)形布置，在附圖1-11中，這些導(dǎo)體部分一般用14來(lái)表面。每個(gè)導(dǎo)體部分14是一種薄的、平的、基本上呈三角形的銅片。如圖1-9所示，導(dǎo)體部分14環(huán)繞著導(dǎo)體旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)16而布置。每個(gè)導(dǎo)體部分14一般具有與所有其它導(dǎo)體部分14一樣的扇形。換句話(huà)說(shuō)，最好如圖4所示一樣，每個(gè)導(dǎo)體部分14具有餅式片的形狀，該餅式片由圓形，徑向切開(kāi)的餅形體切割而成。
一般如圖1、2、8和9所示的一樣，導(dǎo)體組件12還包括8個(gè)沿圓周方向間隔布置的碳片18的環(huán)形布置。每個(gè)碳片18是一般具有與所有其它碳片一樣的扇形。如圖6中的20所示一樣，這些碳片18開(kāi)始形成為一個(gè)環(huán)形碳盤(pán)。在切成8個(gè)相等的碳片18之前，碳盤(pán)20由導(dǎo)電的、樹(shù)脂粘合的、可塑的、傳熱的碳成分形成。碳盤(pán)20或者“復(fù)制模”(overmold)被復(fù)制模制成導(dǎo)體部分14布置，因此當(dāng)盤(pán)20被切開(kāi)時(shí)，每個(gè)碳片18留下來(lái)了，從而形成相應(yīng)的一個(gè)導(dǎo)體部分14的的上表面。碳片18的環(huán)形布置具有切斷的、圓形上表面22，這個(gè)上表面用作導(dǎo)體的切斷的、換向表面。
在圖1-3中一般用24來(lái)表示的經(jīng)復(fù)制模制的絕緣體輪轂沿著圓周方向繞著碳片18和導(dǎo)體部分14、在它們之下和在它們之間進(jìn)行布置。結(jié)合時(shí)，絕緣體輪轂24機(jī)械地聯(lián)鎖住碳片18。絕緣體輪轂24一般具有圓柱形，該圓柱形具有圓柱形電樞軸小孔26，而小孔26沿著換向器旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)16而共軸線(xiàn)地設(shè)置。如圖9所示一樣，圓柱形電樞軸小孔26成形來(lái)安裝電樞軸28。
每個(gè)導(dǎo)體部分14具有兩個(gè)成一體的向上的導(dǎo)體突出部，該突出部在圖4和5中用30表示。導(dǎo)體突出部30從導(dǎo)體部分14的上表面32的相對(duì)對(duì)角的邊緣處延伸。當(dāng)碳成分復(fù)制模制成導(dǎo)體部分14的布置時(shí)，向上的突出部30嵌入在復(fù)制模塊20中。在碳盤(pán)20切成片18之后，每個(gè)導(dǎo)體部分14的每個(gè)向上突出部30保持嵌入在相應(yīng)的一個(gè)經(jīng)復(fù)制模制的的碳片18中。由于它們的形狀和位于碳片18內(nèi)，因此，通過(guò)在每個(gè)導(dǎo)體部分14和它的相應(yīng)碳片18之間增加表面積接觸，嵌入的突出部30減少了電阻，這些將在下文中將作更加詳細(xì)的討論。
在導(dǎo)體部分14布置中的導(dǎo)體部分14的每一個(gè)包括圓形導(dǎo)體部分小孔，在圖2和4中這些小孔用34來(lái)表示。導(dǎo)體部分的小孔34設(shè)置在接近每個(gè)導(dǎo)體部分14的內(nèi)頂點(diǎn)36和外部半圓周邊緣38之間的中間部分處。如圖4和6-8所示一樣，矩形頂接頭40處于每個(gè)導(dǎo)體部分14的內(nèi)頂點(diǎn)36上。最好如圖1-3所示一樣，柄舌42從每個(gè)導(dǎo)體部分14的外半圓周邊緣38整體地和徑向地向外延伸。
如圖4和5所示一樣，導(dǎo)體突出部30是彎起的部分，該部分成整體地從導(dǎo)體部分14處向上延伸。每個(gè)導(dǎo)體部分14包括兩個(gè)這種彎起的突出部30。每個(gè)彎起突出部30的形狀是細(xì)長(zhǎng)的并呈矩形，該彎起突出部30沿著下部細(xì)長(zhǎng)邊緣從各自導(dǎo)體部分14處彎起(即，軸向向外彎曲)。
每個(gè)導(dǎo)體部分14嵌入在絕緣體輪轂24和一個(gè)經(jīng)復(fù)制模制的碳片18之間。每個(gè)導(dǎo)體部分14的柄舌42從絕緣輪轂24向外徑向突出。
最好如圖1和8所示一樣，每個(gè)碳片18具有徑向切開(kāi)的圓餅形片的一般形狀，即具有與每個(gè)導(dǎo)體部分14相同的一般形狀。但是，每個(gè)碳片18比每個(gè)導(dǎo)體部分14更長(zhǎng)、更寬和更厚。每個(gè)碳片18具有內(nèi)頂壁44和外部半圓周壁46。每個(gè)碳片18的內(nèi)頂壁44和外圓周壁46這兩者具有階梯外形，而這些階梯外形各自限定出內(nèi)架掣子48和外架掣子50。
碳片18由石墨粉和載體材料的注模和硬化成分制成，而石墨粉構(gòu)成了總成分重量的50-80％。載體材料最好是聚苯撐硫(PPS)樹(shù)脂。同時(shí)，這種成分適合于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，根據(jù)所使用電樞的應(yīng)用，現(xiàn)有技術(shù)中公知的其它碳成分適合用于本發(fā)明。
在其它實(shí)施例中，金屬微料嵌入在碳粉未和載體材料的成分中，從而通過(guò)提高碳片表面導(dǎo)電性來(lái)減少每個(gè)導(dǎo)體部分和它的相應(yīng)碳片之間的電阻。在這些實(shí)施例中，成分中的總的金屬含量少于25％。金屬微料具有一個(gè)或者多個(gè)許多不同形狀，從而包括粉未片。金屬微料最好由銀或者銅形成。
在圖1、2、3、7和8中，一般用52來(lái)表示徑向空隙，而這些空隙分開(kāi)了碳片18。每個(gè)空隙52具有內(nèi)槽部分54和外槽部分56。內(nèi)槽部分54在復(fù)制模制(overmolding)碳的時(shí)期形成。外槽部分56通過(guò)機(jī)加工換向表面22來(lái)形成。
絕緣體輪轂24具有平的上表面和下表面，而這些上表面和下表面靠近圓周側(cè)壁的上邊緣和下邊緣而設(shè)置。圓周輪轂側(cè)壁垂直于輪轂24的上表面和下表面而設(shè)置。最好如圖2所示一樣，電樞軸小孔26包括上部截錐形(frusto-conical)部分58和下部截錐形部分60，這些錐形部分從較大的上部和下部外徑向內(nèi)逐漸變小從而形成較小的內(nèi)徑。電樞軸小孔26的內(nèi)部62沿著軸線(xiàn)長(zhǎng)度具有恒定的直徑，即較小的內(nèi)徑。
圖2A中一般用12a來(lái)表示另一個(gè)碳片換向器組件結(jié)構(gòu)。圖2A中，帶有后綴“a”的標(biāo)號(hào)表示還出現(xiàn)在圖2實(shí)施例中的元件的另一種形狀。在一部分這種描述中使用了涉及圖2的標(biāo)號(hào)的地方，這意味著那部分的描述同樣適用于在圖2A用具有后綴“a”的標(biāo)號(hào)來(lái)表示的元件。如圖2A所示一樣，每個(gè)碳片18a嵌入一個(gè)導(dǎo)體部分14a。這種布置使每個(gè)碳片18a和它的相應(yīng)導(dǎo)體部分14a之間的長(zhǎng)度和電接觸面積這最大。
空隙52的內(nèi)槽部分54填充有輪轂24的絕緣體材料。輪轂絕緣體材料還環(huán)繞著碳片18布置的圓周而設(shè)置，并嵌入每個(gè)碳片18的外架掣子50中。形成電樞軸小孔26的輪轂絕緣體材料還嵌入每個(gè)碳片18的內(nèi)架掣子48中。
最好如圖3所示一樣，絕緣體輪轂24包括圓周接合區(qū)64，該接合區(qū)64完全繞著絕緣體輪轂24的圓周側(cè)壁而延伸。接合區(qū)64具有軸向?qū)挾?，該軸向?qū)挾葟耐怀龅膶?dǎo)體部分柄舌42中延伸到空隙52的未填充的外槽56中。如圖9所示一樣，圓周接合區(qū)64提供圓周密封表面從而與蛤殼型模67的相應(yīng)表面65相配合。蛤殼型模67用在最后的絕緣復(fù)制模制工序中，而下面將詳細(xì)地解釋該工序。
輪轂絕緣材料包括填充玻璃的酚，而該酚可從曼徹斯特康涅狄格的Rogers公司買(mǎi)到，它的商業(yè)名稱(chēng)為“Rogers 660”。適合于用來(lái)取代Rogers660的其它材料包括高質(zhì)量的工程熱塑性物質(zhì)，即受到溫度變化時(shí)顯示高度穩(wěn)定性的熱塑性物質(zhì)。
在其它實(shí)施例中，導(dǎo)體部分14和碳片18的環(huán)形布置各自包括多于或者少于8個(gè)部分。還有，碳成分的載體材料包括最多達(dá)80％的碳石墨填充物的酚醛樹(shù)脂、熱固性樹(shù)脂或者不是PPS的熱塑性樹(shù)脂，如液晶高聚合物(LCP)。PPS和酚型樹(shù)脂這兩者承受長(zhǎng)期地暴露在燃料和酒精中。其它實(shí)施例還采用圓柱形或者“桶”型的換向器組件12，而不是圖中所示的面型換向器。
在其它實(shí)施例中，導(dǎo)體部分突出部30具有任何一種或者多種大量可能的形狀，這些形狀設(shè)計(jì)來(lái)提高銅表面接觸上的碳。例如，如在圖4和5中用14來(lái)表示的一樣，沒(méi)有包括導(dǎo)體部分的單個(gè)彎起部分，突出部分代之以包括分離的元件，這些元件在彎起的指狀物66的作用下卷進(jìn)位置，而該彎起的指狀物66如圖10所示一樣從導(dǎo)體部分14’處延伸。還如圖10所示一樣，分離元件30’可以采用若干窄的、細(xì)長(zhǎng)的金屬股。在圖10中，通過(guò)彎曲金屬指狀物66使之遠(yuǎn)離導(dǎo)體部分14’和在金屬絲上方卷指狀物66，從而使金屬股的金屬絲樹(shù)枝狀的束被卷到導(dǎo)體部分14’中。
如圖11所示，其它實(shí)施例包括柄舌42”，該柄舌形成有終端68，而每終端68包括一對(duì)用來(lái)安裝絕緣電線(xiàn)的槽，即絕緣移動(dòng)型終端。當(dāng)絕緣電線(xiàn)被橫向壓進(jìn)一個(gè)這樣的槽時(shí)，限定出該槽側(cè)邊的金屬邊緣貫穿并分開(kāi)金屬絲絕緣，從而露出和形成與金屬絲的電接觸。
在使用絕緣移動(dòng)型柄舌終端68的實(shí)施例中，在電樞繞組工序中或者在該工序之后，從電樞繞組69處延伸的金屬絲被壓入各自的未端42”中。這消除了把金屬絲焊接到或者熱立樁(heat-stake)到柄舌終端68的需要。
在實(shí)踐中，上述的碳換向器通過(guò)首先形成導(dǎo)體部分14的環(huán)形布置來(lái)形成。如圖4和5所示一樣，這個(gè)通過(guò)從一個(gè)銅坯料70中沖壓成形環(huán)形布置來(lái)完成。該沖壓成形工序留下了每個(gè)導(dǎo)體部分14，而每個(gè)導(dǎo)體部分14通過(guò)一個(gè)薄的、徑向延伸的金屬帶72連接到銅坯料70的沒(méi)有沖壓成形的外周74上。薄的銅帶72使得外周74起著支撐環(huán)的作用，該支撐環(huán)使導(dǎo)體部分14安裝就位，從而進(jìn)行換向器構(gòu)造工序的后面階段的沖壓成形。
然后，如圖6和8所示一樣，通過(guò)把碳成分模制到環(huán)形導(dǎo)體部分14布置的上表面32上，來(lái)形成碳的復(fù)制模20。以這種形式來(lái)復(fù)制模制(overmold)碳成分，從而完全地蓋住導(dǎo)體部分14，并機(jī)械地聯(lián)鎖住導(dǎo)體部分14。
在碳復(fù)制模制工序中，碳成分流入每個(gè)導(dǎo)體部分小孔34中和流到每個(gè)導(dǎo)體部分的每個(gè)圓周邊緣上方。但是，最好如圖4、6和8所示一樣，碳復(fù)制模20使每個(gè)導(dǎo)體部分14的頂接頭40露出。頂接頭40徑向向內(nèi)延伸到電樞小孔26內(nèi)。
碳成分還包圍成一體的向上的導(dǎo)體突出部30。這使得突出部30延伸通過(guò)絕緣表面層的厚度，而當(dāng)碳成分固化時(shí)，絕緣表面層特質(zhì)上形成于碳復(fù)制模20的外部表面上。通過(guò)延伸通過(guò)絕緣表面層，借助于增加碳和銅之間的表面積接觸總量，突出部30的作用是減少了接觸的電阻。還是在碳復(fù)制模制工序中，空隙52的徑向槽部分54模制到與換向表面22相對(duì)的碳復(fù)制模20的內(nèi)側(cè)或者底表面76上及導(dǎo)體部分14之間。換句話(huà)說(shuō)，這些槽54可以通過(guò)其它的公知方法如機(jī)加工來(lái)形成。
如圖1-3所示，然后通過(guò)第二種復(fù)制模制工作過(guò)程來(lái)形成輪轂24，該輪轂24蓋住碳復(fù)制模20和帶有輪轂絕緣體材料的導(dǎo)體部分14的布置。在這種輪轂復(fù)制模制工序中，輪轂絕緣材料環(huán)繞著碳復(fù)制模20和導(dǎo)體部分14。輪轂絕緣材料還完全地填充徑向槽54，而在碳復(fù)制模制(overmolding)工序中，這些徑向槽54形成在碳復(fù)制模20的底表面76上，即空隙52的內(nèi)槽部分54。在輪轂過(guò)模工作完成之后，只有碳復(fù)制模20的換向表面22的部分留下來(lái)并露出。
在過(guò)模絕緣體輪轂24時(shí)，最好如圖2所示，環(huán)繞著碳片18的布置的圓周而形成的絕緣體材料還流過(guò)每個(gè)碳片18的外架掣子50。環(huán)繞電樞軸小孔26而形成的絕緣體材料流過(guò)每個(gè)碳片18的內(nèi)架掣子48。在每個(gè)碳片18的內(nèi)架掣子48和外架掣子50上方使輪轂絕緣體材料變硬之后，及在碳片18和導(dǎo)體部分14的下方使絕緣體變硬之后，該變硬的輪轂絕緣體材料起的作用是機(jī)械地使碳片18相互保持。此外，變硬的輪轂絕緣體材料輔助地把碳片18保持到它們各自的導(dǎo)體部分14中。
在輪轂24復(fù)制模制到碳復(fù)制模20和導(dǎo)體部分布置之后，整理一部分沒(méi)有沖壓成形的銅坯料70的外周74，使之遠(yuǎn)離過(guò)模的絕緣體輪轂24的周?chē)?。一旦外?4被切開(kāi)，每個(gè)帶72被彎曲來(lái)形成每個(gè)連接帶72的短柄舌42，而所留下來(lái)的柄舌42從輪轂24的外圓周表面徑向向外突出。因此，這些柄舌42被定位和成形，從而用于把每個(gè)導(dǎo)體部分14連接到從電樞繞組中延伸的電樞金屬絲中。
最好如圖1-3所示一樣，然后通過(guò)把從碳復(fù)制模20的露出的換向表面22向中心的淺徑向槽56機(jī)加工成下伏的徑向槽54，從而形成電絕緣的碳片18的的環(huán)形布置。通過(guò)接觸或者非接觸機(jī)加工技術(shù)來(lái)形成槽56，這些機(jī)加工技術(shù)包括采用齒形鋸機(jī)的這些，但局限于這些。
由于徑向槽56直接與徑向槽54對(duì)準(zhǔn)疊加，因此徑向槽56可以完全貫通碳復(fù)制模20，并且稍稍地切入絕緣體材料，而這些絕緣體材料占住了徑向槽54。這就確保了；碳復(fù)制模20完全貫通，碳片18完全相互分離和相互電絕緣。因此，填充絕緣體的徑向槽54和徑向槽56在換向器內(nèi)相遇，并且如上所述，在碳片18之間形成空隙52。
每個(gè)空隙52的填充絕緣體的徑向槽部分54接近構(gòu)成每個(gè)空隙52的深度的一半。因此，切下每個(gè)空隙52的深度的剩余的一半只需要相對(duì)較淺的槽56。
最后，如圖9所示，把完工的換向器組件12裝配到電樞組件80中。然后，把蛤殼型模67定位在新近裝配好的換向器電樞組件中，在圖9中一般用81來(lái)表示電樞組件。在把蛤殼型模67定位在換向器電樞組件81上的同時(shí)，蛤殼型模67的密封表面65環(huán)繞著圓周接合區(qū)64形成密封。然后，把絕緣材料噴射到蛤殼型模67中。一旦絕緣體材料固化，那么可拆下蛤殼型模67。這個(gè)最后的復(fù)制模制步驟用來(lái)防止銅電樞繞組69和其它易腐蝕元件與周?chē)黧w如汽油進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明來(lái)完成換向器制造工藝包括無(wú)銅機(jī)加工，因此不會(huì)產(chǎn)生堆積在碳片18之間的銅屑和片。此外，沒(méi)有留下來(lái)的銅露出來(lái)與周?chē)黧w如汽油進(jìn)行反應(yīng)。
由于根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造而成的換向器組件12在它的換向表面22上只需要淺的槽56來(lái)電絕緣碳片18，因此完工的換向器組件12較堅(jiān)固，并且更好地防止了破碎。就較堅(jiān)固的換向器組件的替換實(shí)施例而言，換向器組件12的輪轂24可以設(shè)計(jì)成軸向較短，從而允許換向器電樞組件可以設(shè)計(jì)得軸向較短或者載有更多的電樞繞組69。換句話(huà)說(shuō)，通過(guò)縮短總體換向器電樞組件或者包括更多的電樞繞組69，設(shè)計(jì)師利用了較短的輪轂長(zhǎng)度。
淺槽56的一個(gè)其它優(yōu)點(diǎn)是它們提供了柄舌42和槽56之間的周?chē)雍蠀^(qū)64。通過(guò)為蛤殼型模提供方便的密封表面，圓周接合區(qū)64消除了對(duì)更多復(fù)雜工作過(guò)程的需要，而這些復(fù)雜的工作過(guò)程包括罩住槽56從而防止復(fù)制模材料流出到和通過(guò)槽56。
這是本發(fā)明的示意性描述，而這些示意性描述采用了描述語(yǔ)言而非限制性的。顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)，本發(fā)明的許多變形和改進(jìn)是可能的。在權(quán)利要求的范圍內(nèi)，人們可以采用不是如上所述的說(shuō)明來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種電馬達(dá)的碳片換向器組件，該換向器組件包括至少兩個(gè)圓周間隔布置的導(dǎo)體部分的環(huán)形布置，該導(dǎo)體部分繞著旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)而布置；至少兩個(gè)圓周間隔布置的碳片的環(huán)形布置，這些碳片由導(dǎo)電的碳成分形成，每個(gè)碳片至少?gòu)?fù)制模制成一個(gè)與一個(gè)導(dǎo)體部分相應(yīng)的表面，該環(huán)形布置限制出換向器的切斷的換向表面；一過(guò)模絕緣輪轂，繞著所述碳片和在所述碳片之間進(jìn)行布置，絕緣體輪轂機(jī)械地聯(lián)鎖住所述碳片，并且包括一個(gè)外表面；每個(gè)導(dǎo)體部分至少具有一個(gè)導(dǎo)體突出部，該突出部至少局部嵌入在相應(yīng)的一個(gè)經(jīng)復(fù)制模制的碳片中，從而通過(guò)增加每個(gè)導(dǎo)體部分和它的相應(yīng)碳片之間的表面積接觸來(lái)減少電阻。
2.如權(quán)利要求1所述的換向器組件，其特征在于；所述導(dǎo)體突出部包括多個(gè)窄的細(xì)長(zhǎng)的金屬股。
3.如權(quán)利要求1所述的換向器組件，其特征在于；所述導(dǎo)體部分由銅制成。
4.如權(quán)利要求1所述的換向器組件，其特征在于；所述換向器組件是平面型換向器組件。
5.如權(quán)利要求4所述的換向器組件，其特征在于；每個(gè)導(dǎo)體部分包括向外延伸的柄舌部分，每個(gè)導(dǎo)體部分嵌入在絕緣體輪轂和經(jīng)復(fù)制模制的碳片之間，而每個(gè)導(dǎo)體部分的柄舌部分從絕緣體輪轂外表面上向外突出。
6.如權(quán)利要求5所述的換向器組件，還包括分開(kāi)碳部分的徑向空隙，每個(gè)空隙具有填充有輪轂絕緣體材料的內(nèi)槽部分和沒(méi)有填充的外槽部分，絕緣體輪轂包括圓周接合區(qū)，而該接合區(qū)設(shè)置在柄舌和空隙的沒(méi)有填充的外槽部分之間。
7.如權(quán)利要求1所述的換向器組件，其特征在于；碳片包括碳粉未和載體材料的成分。
8.如權(quán)利要求7所述的換向器組件，其特征在于；碳片包括金屬顆粒，而該金屬顆粒嵌入在碳粉未和載體材料的成分之中。
9.如權(quán)利要求7所述的換向器組件，其特征在于；載體材料是從包括酚樹(shù)脂、熱固性樹(shù)脂和熱塑性樹(shù)脂的組中選擇出來(lái)。
10.如權(quán)利要求7所述的換向器組件，其特征在于；50-80％的碳成分重量由石墨形成。
11.一種電馬達(dá)的碳片換向器組件，該換向器組件包括至少兩個(gè)圓周間隔布置的導(dǎo)體部分的環(huán)形布置，該導(dǎo)體部分繞著旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)而布置；至少兩個(gè)圓周間隔布置的碳片的環(huán)形布置，所述碳片由導(dǎo)電的碳成分形成，每個(gè)碳片至少?gòu)?fù)制模制成一個(gè)與一個(gè)導(dǎo)體部分相應(yīng)的表面，該環(huán)形布置限制出換向器的切斷的換向表面；經(jīng)復(fù)制模制的絕緣體輪轂繞著所述碳片和在所述碳片之間進(jìn)行布置，絕緣體輪轂機(jī)械地聯(lián)鎖住碳片，并且包括一個(gè)外表面；及金屬顆粒嵌入在碳成分中，從而通過(guò)提高碳片表面的導(dǎo)電性來(lái)減少每個(gè)導(dǎo)體部分和它的相應(yīng)碳片之間的電阻。
12.如權(quán)利要求11所述的換向器組件，其特征在于；碳成分包括碳粉未和載體材料。
13.如權(quán)利要求11所述的換向器組件，其特征在于；每個(gè)導(dǎo)體部分至少具有一個(gè)導(dǎo)體突出部，該導(dǎo)體突出部至少局部地嵌入在相應(yīng)的一個(gè)經(jīng)復(fù)制模制的碳片中。
14.一種制造碳換向器組件的的方法，該換向器組件包括至少兩個(gè)圓周間隔布置的導(dǎo)體部分的環(huán)形布置，該導(dǎo)體部分繞著旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)而布置；至少兩個(gè)圓周間隔布置的所述碳片的環(huán)形布置，所述碳片由導(dǎo)電的碳成分形成，每個(gè)碳片至少形成一個(gè)與一個(gè)導(dǎo)體部分相應(yīng)的表面，該環(huán)形布置限制出換向器的切斷的換向表面；經(jīng)復(fù)制模制的絕緣輪轂繞著所述碳片和在所述碳片之間進(jìn)行布置，絕緣體輪轂機(jī)械地聯(lián)鎖住碳片；該方法包括如下步驟形成導(dǎo)體部分的環(huán)形布置；把導(dǎo)電樹(shù)脂接合碳成分復(fù)制模制到環(huán)形導(dǎo)體部分布置上，從而形成碳復(fù)制模；在與換向表面相對(duì)的碳復(fù)制模的內(nèi)表面上形成內(nèi)槽；把絕緣材料復(fù)制模制在碳復(fù)制模和導(dǎo)體部分布置上，從而形成絕緣體輪轂，而該絕緣體輪轂至少局部占住內(nèi)槽并且機(jī)械地聯(lián)鎖住碳片；及從碳過(guò)模的換向表面向內(nèi)直到內(nèi)槽機(jī)加工出槽，從而形成電絕緣碳片的環(huán)形布置。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于形成導(dǎo)體部分的環(huán)形布置的步驟包括從一個(gè)銅坯料中沖壓成形出導(dǎo)體部分的環(huán)形布置的步驟。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于沖壓成形出導(dǎo)體部分的環(huán)形布置的步驟包括留下每個(gè)導(dǎo)體部分的步驟，該留下的每個(gè)導(dǎo)體部分通過(guò)薄的金屬帶連接到銅坯料的沒(méi)有沖壓成形的外周上。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括機(jī)加工出所述槽的步驟，所述槽足夠淺從而留下圓周接合區(qū)，而該接合區(qū)設(shè)置在薄的金屬帶和所述槽之間的輪轂的外圓周表面上。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括在復(fù)制模制碳復(fù)制模和導(dǎo)體部分布置的步驟之后，從絕緣體輪轂周?chē)辽僬淼粢徊糠譀](méi)有沖壓成形的銅坯料外周的附加步驟。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于在與換向表面相對(duì)的碳復(fù)制模的內(nèi)表面上形成所述內(nèi)槽的步驟包括在形成碳過(guò)模的步驟中。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括如下步驟把蛤殼型模設(shè)置在換向器組件和連接好的電樞的上方；繞著圓周接合區(qū)密封蛤殼型模的一端；把絕緣體材料噴射到蛤殼型模；使噴射出來(lái)的絕緣體材料固化；及拆下蛤殼型模。
全文摘要
電馬達(dá)的碳片面型換向器組件(12)包括銅導(dǎo)體部分(14)的環(huán)形布置,用導(dǎo)電樹(shù)脂接合碳成分來(lái)復(fù)制模制該環(huán)形布置,通過(guò)小孔(34)該導(dǎo)電樹(shù)脂接合碳成分機(jī)械地聯(lián)鎖住導(dǎo)體部分(14),并且限制出換向表面(22)。然后,把碳復(fù)制模切成相同的片(18),這些片(18)具有徑向切開(kāi)的圓餅式片的總體形狀。然后通過(guò)繞著這些碳片(18)和在這些碳片(18)下方復(fù)制模制絕緣體材料來(lái)形成環(huán)形輪轂(24)。每個(gè)碳片具有帶有內(nèi)架掣子(48)的內(nèi)頂壁(44)和帶有外架掣子(50)的外頂壁(46)。碳換向器比較堅(jiān)固,因?yàn)楸?44,46)和掣子(48,50)機(jī)械地聯(lián)鎖住這些碳片。
文檔編號(hào)H01R39/00GK1277745SQ98809820
公開(kāi)日2000年12月20日 申請(qǐng)日期1998年7月31日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月3日
發(fā)明者威廉·A·齊格勒, 威廉·A·鮑爾 申請(qǐng)人:麥考德·溫·特克斯特恩公司