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      用于滑環刷的架的制作方法

      文檔序號:24543503發布日期:2021-04-02 10:28
      用于滑環刷的架的制作方法

      本發明涉及滑環刷和用于滑環刷的架,特別是用于需要長壽命和高電流負載的應用的滑環刷和用于滑環刷的架。這種滑環刷優選地與用于進行能量傳輸或信號傳輸的滑環以及發電機或電動機的集電器一起使用。



      背景技術:

      在美國專利申請公布us2005/0029896a1中,公開了用于將碳刷保持在直流電動機的換向器上的刷架。刷可滑動地保持在殼體中并且通過彈簧按壓在換向器上。隨著刷的磨損增加,刷向下滑動穿過殼體,這導致彈簧減小其長度并且減小施加于刷的力。因此,滑環刷的壓力隨時間降低,這導致電接觸特性發生改變。

      德國專利de967293公開了用于電機的刷,其中,借助于彈簧加載的桿將一片碳刷材料按壓在滑環上。為了實現恒定的壓力,需要長彈簧和長桿,這使得刷架較大。

      在gb146,828中公開了具有刷的可樞轉滾珠式安裝的刷架。滾珠式安裝使得刷能夠在兩個軸線上傾斜并且使得刷能夠旋轉。這需要凹形集電環和與凹形集電環相適配的凸形刷。

      在de7100971u、cn105470766a和fr530801a中公開了另外的刷架。ro92696a2公開了滑環刷架,其中刷能夠圍繞既不平行也不正交的兩個軸線樞轉。

      ep3364508a1公開了用于滑環刷的架。



      技術實現要素:

      本發明要解決的問題是提供用于滑環刷的架,該架的尺寸相對緊湊并且在刷的使用壽命內提供大致恒定的壓力而與刷的磨損無關。

      問題的解決方案在獨立權利要求中描述。從屬權利要求涉及本發明的進一步改進。

      刷架包括基座、桿和刷支架?;侵黧w,該主體可以用于將刷架安裝至刷架組件并且也可以支承用于電連接的電觸點或連接器。取決于具體應用,基座可以是導電或非導電材料。在高電流刷的情況下,可能希望的是制成金屬基座,該金屬基座具有高穩定性并且能夠通過基座實現簡單接觸和電流引導??商娲?,可能希望的是具有高絕緣性。因此,基座可以由絕緣材料制成。此外,例如塑料材料的絕緣材料比金屬體所需的重量更輕。在任何情況中,基座的主要功能是機械功能以支撐和保持刷架的其他部件。

      刷支架是用于保持至少一個刷并且優選地兩個刷的部件。這種刷可以是任何本領域已知的刷,例如燒結石墨或銀-石墨材料。刷也可以包括成束的線或其他合適材料或燒結碳材料。也可以僅存在例如泡沫金屬刷的一個刷或多個這種刷。優選地,刷支架包括導電材料以改善電流向刷的傳導。如果需要,此處也可以使用絕緣材料。在通常應用中,單個刷支架上的多個刷在相同的滑動軌道上運行。因此,它們應該電連接,該電連接最好通過使用刷支架的導電材料來完成。刷支架本身或刷支架處的刷可以通過利茲線或可以將電流引導至并且穿過刷的任何其他柔性線而電接觸。

      提供了桿以將刷支架機械連接至基座。存在基座樞軸以將桿連接至基座。該基座樞軸具有基座樞轉軸線。當這種刷架安裝至包括滑動軌道的滑環、也稱為滑環模塊、時,基座樞轉軸線優選地平行于柱形滑環的旋轉軸線并且在盤式滑環的情況中平行于軌道平面。

      桿還可以通過刷支架樞軸連接至刷支架,該刷支架樞軸具有平行于基座樞轉軸線的第一樞轉軸線并且優選地具有與第一樞轉軸線正交的第二樞轉軸線。第二樞轉軸線可以與穿過柱形滑環的旋轉軸線的平面正交。優選地,第二樞轉軸線不與柱形滑環的旋轉軸線正交。因此,優選的是,刷支架能夠相對于滑動軌道表面傾斜但不能旋轉離開滑動軌道的移動方向。優選地,阻止這種旋轉。根據優選實施例,刷支架樞軸僅能夠圍繞平行于基座樞轉軸線的軸線樞轉。根據另一實施例,刷支架樞軸能夠進一步圍繞平行于滑動軌道平面的軸線樞轉,這將在下文詳細限定。

      彈簧、優選地是拉伸彈簧并且最優選地是螺旋彈簧、被連接在基座和桿之間,使得刷支架樞軸在彈簧的力的作用下增加了刷支架樞軸距基座的距離。因此,刷支架并且因此刷支架樞軸可以由彈簧沿離開基座的方向拉動,并且如果相對于滑環適當地安裝,刷支架并且因此刷支架樞軸將力施加在滑環的滑動軌道上。彈簧可以布置成平行于基座。在任何操作狀態中,彈簧均可以比桿更長。

      桿可以包括第一桿區段和第二桿區段,第一桿區段保持刷支架,彈簧附接至第二桿區段。彈簧的另一側附接至基座?;鶚休S位于第一桿區段和第二桿區段之間。優選地,彈簧附接點和基座樞轉軸線之間的第一線與刷支架樞轉軸線和基座樞轉軸線之間的第二線之間的角度在90°至120°之間的范圍內,優選地在80°至120°之間的范圍內。利用這種構造,可以改變力的方向并且可以減小整體尺寸。利用桿區段的長度不同,也可以修改力的大小。優選的是,第二桿區段比第一桿區段更短。

      在刷支架包括至少兩個刷固定裝置并且刷支架樞軸布置在刷固定裝置之間的優選實施例中,刷支架將樞轉至使得兩個刷均被按壓在滑動軌道上的位置中。因此,這種可傾斜的雙刷支架與滑動軌道的位置自動對準,并且可以容易地補償刷架和滑動軌道之間的高度甚至相對位置的變化??蓛A斜的雙刷支架甚至可以補償滑動軌道的表面內的側向偏移。

      刷固定裝置可以包括用于將刷安裝至刷支架的套管或鉚釘或孔或螺紋。固定裝置還可以包括將刷膠合、釬焊或熔焊至刷支架的固定件。此外,刷可以被夾持或按壓裝配至刷支架。在另一實施例中,刷可以包括金屬泡沫,該金屬泡沫還可以包括銀、金、銅、黃銅或具有良好接觸特性的任何其他導電材料。優選地,可以使用開孔泡沫,但是閉孔泡沫也適合于該實施例。優選地,這種泡沫可以釬焊至銅或任何其他導電材料的薄片。

      優選地,第一刷固定裝置和刷支架樞軸之間的距離比第二刷固定裝置和刷支架樞軸之間的距離大至少10%,優選地20%至50%。

      在另一實施例中,利茲線設置在刷支架和基座之間。利茲線可以用于接觸刷并且用于將電流引導至刷。優選的是,在螺旋彈簧內引導利茲線。這可以給彈簧帶來附加阻尼,該附加阻尼可以改善機械特性。利茲線可以形成為帶狀線,該帶狀線可以是裸露的或隔絕的。

      進一步優選的是,桿是剛性桿。剛性或堅硬的桿可以允許在不使桿發生變形的情況下將高壓力施加至刷。

      在另一實施例中,桿包括多個密封的中空空間以減小桿重量。桿可以包括泡沫、網狀結構、蜂窩結構、桁架框架(fachwerk)或具有沿力線的結構的輕質結構中的至少一種或類似的3d打印結構。應該存在封閉或密封的中空空間以避免桿的表面積較大,灰塵和碎屑可以粘附至該表面積。此外,如果需要高絕緣性,則可以避免可以在桿內聚集灰塵和碎屑的中空空間,因為聚集其中的導電灰塵可以減小電絕緣并且(由于灰塵材料而)將重量增加至桿。密封的中空空間減小了桿的重量和慣性,同時防止了導電碎屑的聚集??梢源嬖谥辽僖粋确忾]的結構。

      在替代實施例中,桿可以是彈性桿,該彈性桿優選地僅能夠與刷支架樞轉軸線和/或與柱形滑環的滑環旋轉軸線和/或與盤形滑環的軌道表面正交地彎曲。此外,優選地,桿牢固地連接至基座。優選地,桿的彈簧常數被設計成使得桿在刷上產生所希望的力。此外,優選的是,刷支架通過刷支架樞軸連接至桿,樞轉軸線與基座樞轉軸線平行,如上文已經描述的。因此,該實施例也具有與上述實施例相同的優點。優選的是,桿包括彈性材料并且優選地包括彈簧式彈性材料。這可以是彈簧、鋼或黃銅材料。同樣優選的是,桿能夠傳導電流,這將簡化刷的電連接。

      在優選實施例中,桿包括兩根平行的線。優選地,線平行于穿過刷支架樞轉軸線的平面和/或穿過柱形滑環的滑環旋轉軸線的平面。這些平行的線允許桿僅在與刷支架樞轉軸線和/或滑環旋轉軸線正交的平面中移動而不會移動到平面外,因此提供了刷的穩定支承。線可以是彈性的并且可以提供彈簧特性,該彈簧特性可以用于將一個或多個刷按壓至滑動軌道。線也可以用于使刷電接觸。

      在下文中,解釋了其他實施例,這些實施例可以與如上所述的桿的不同實施例組合。

      在另一實施例中,刷支架能夠圍繞平行于基座樞轉軸線的軸線樞轉和/或在與刷支架樞轉軸線和/或柱形滑環的滑環旋轉軸線和/或盤形滑環的軌道表面正交的平面中樞轉。進一步優選的是,將移動角度限制至30度、優選地20度并且最優選地10度、的范圍內。

      第一刷固定裝置和第二刷固定裝置可以限定滑動軌道平面。這僅僅是定義的事物而不是實際平面。該滑動軌道平面可以切向地接觸滑動軌道的表面。

      進一步優選的是,刷支架樞軸能夠進一步圍繞平行于滑動軌道平面的軸線樞轉。這可以允許補償滑動軌道的側向傾斜。在另一實施例中,提供了旋轉阻止裝置以阻止刷支架樞軸圍繞與滑動軌道平面正交的軸線旋轉。這可以進一步增加刷的穩定性和引導性。

      在另一實施例中,前部刷或刷區段可以定位成比后部刷或刷區段更加遠離刷支架樞軸。前部刷是滑動軌道的某個區段首先經過的刷?;瑒榆壍赖脑搮^段隨后經過后部刷。

      附圖說明

      在下文中,在不限制總體發明構思的情況下,將參考附圖在實施例的示例中通過示例的方式描述本發明。

      圖1示出了刷架的實施例。

      圖2示出了刷架的正視圖。

      圖3示出了桿的基本功能。

      圖4示出了具有傾斜平面的實施例。

      圖5示出了具有偏斜的滑動軌道平面的實施例。

      圖6示出了具有線桿的實施例的側視圖。

      圖7示出了具有線桿的實施例的立體圖。

      圖8示出了具有金屬泡沫刷的實施例。

      圖9示出了桿的實施例的一部分。

      圖10示出了在刷架處的不同的力。

      具體實施方式

      在圖1中,示出了刷架的實施例。力的進一步細節在圖10中示出。刷架200包括基座210、桿220和刷支架240?;鶅炦x地安裝至滑環殼體并且優選地相對于滑環的旋轉軸線130以固定空間關系安裝。桿可以具有從第一側至第二側的延伸,并且優選地利用第一側通過基座樞軸221機械連接至基座,該基座樞軸221優選地具有單個基座樞轉軸線222(在圖3中示出)?;鶚修D軸線可以平行于旋轉軸線130。刷支架240可以通過刷支架樞軸223連接至桿220的第二側,該刷支架樞軸223可以具有單個刷支架樞轉軸線224。刷支架樞轉軸線224可以平行于基座樞轉軸線222。

      彈簧、可以是螺旋彈簧230、可以布置在基座210和桿220之間,使得彈簧可以拉動桿,使得刷支架被推動離開基座,該推動離開可以沿滑動軌道110的方向,該滑動軌道110是滑環100的一部分?;h還可以包括保持滑動軌道的絕緣支撐件120?;h可以圍繞其旋轉軸線130旋轉。

      在一個實施例中,為了即使在刷由于磨損而縮短的情況下也實現恒定的力,有利的是具有長的彈簧,使得在所有操作狀態下并且即使在刷被磨損的情況下,彈簧力幾乎是恒定的。該構造在本文中在圖1中示出,其中彈簧平行于基座以實現刷架200的低高度。

      刷支架240可以至少包括第一刷固定裝置241并且還可以包括第二刷固定裝置242。刷固定裝置可以保持第一刷310和第二刷320。一根利茲線250或多根這樣的利茲線可以與刷接觸用于刷的電連接。利茲線可以布置在螺旋彈簧內。

      桿220的移動可以被限制在與基座樞轉軸線222正交的第一平面400內。刷支架240可以僅能夠在第一平面400中移動,該第一平面400與刷支架樞轉軸線224正交,和/或與基座樞轉軸線222正交和/或與滑環旋轉軸線130正交。第一平面400在該圖中平行于和/或位于繪圖平面內??赡苡幸娴氖?,刷支架不能移動離開該第一平面400。這避免了振動和振蕩。由于刷支架和刷不能沿滑動軌道的側向移動(例如,離開與基座樞轉軸線222正交的平面),因此可以不需要滑動軌道的側壁。因此可以不再存在由于滑動刷沿這種軌道側壁滑動而導致的磨損。還可以阻止刷支架240傾斜或旋轉離開第一平面400使得第一刷在第一平面上方的方向上移動并且第二刷在第一平面下方的方向上移動或使得第一刷在第一平面下方的方向上移動并且第二刷在第一平面上方的方向上移動。這可以確保第一刷310和第二刷320在相同的軌道上運行而不具有側向移位。

      刷的唯一可能移動可能是在平行方向上離開第一平面,使得兩個刷同時在第一平面上方的方向上移動或同時在第一平面下方的方向上移動,如圖5所示。

      本文所述的具有第一刷310和第二刷320的實施例也可以應用于單個長形刷,該單個長形刷可以具有第一刷區段310和與第一刷區段相對的第二刷區段320。這種構造在圖8中示出。

      現在,進一步參考圖10。當滑環旋轉時,第一刷310和第二刷320通過它們的摩擦力710、720在刷支架樞軸中引起扭矩。在該圖中,旋轉方向可以是順時針方向。為了提供至少部分的扭矩補償,與后部第二刷320與如圖1所示的刷支架樞軸相距的距離722相比,前部第一刷310可以定位成與刷支架樞軸223相距更遠距離712。因此對于每個刷產生了扭矩和附加力分量。當滑環順時針旋轉時,前部第一刷附加地負載有由刷摩擦扭矩所引起的力,后部刷的負載較小,因為此時彈簧所引起的力由于刷的摩擦動量而減小。由于刷支架樞軸223相對于第一刷310和第二刷320的位置不對稱,因此與第一刷310相比,對第二刷320施加了更大的力。這可以補償由摩擦所產生的不同的力。

      總之,為了改善扭矩補償,前部刷可以定位成比后部刷更加遠離刷支架樞軸。這可以與本文描述的所有實施例組合。

      如果滑環在如圖所示的相反方向(逆時針方向)上旋轉,則刷支架樞軸223可以布置成更靠近第一刷310,該第一刷310則可以是后部刷。

      在改變旋轉方向的情況下,刷支架樞軸223可以對稱地位于第一刷310和第二刷320之間。

      在圖2中,示出了圖1的刷架的正視圖。此處,也可以清楚地看到與滑環以及其滑動軌道的關系?,F在,與刷支架樞轉軸線和/或與滑環旋轉軸線正交的平面400優選地與繪圖平面正交并且還與滑環的旋轉軸線130正交。優選的是,設置阻止裝置以防止刷支架圍繞在與刷支架樞轉軸線和/或滑環旋轉軸線正交的平面420內并且與滑環的旋轉軸線130正交的軸線225旋轉。顯然,如果刷支架圍繞軸線225旋轉,則刷可以側向移動離開滑動軌道,這將導致滑環損壞并且導致電接觸中斷。這種阻止裝置可以是刷支架240和桿220的重疊區域。

      在圖3中,示出了桿的基本功能。彈簧230可以拉動并且可以產生沿方向232的力,這導致在刷支架240上產生垂直于滑動軌道的力228。優選地,刷支架樞轉軸線224和第一刷固定裝置241之間的距離與刷支架樞轉軸線224和第二刷固定裝置242之間的距離相同,使得如果刷具有相同的長度,則施加至刷的力相同。盡管顯然滑動軌道是圓形的并且具有確定的半徑,如圖1和圖2所示,但為了簡化起見,在以下說明中,假定半徑是無限大的,這可以導致一平面,該平面在本文中被稱為滑動軌道平面。除了將刷架應用在滑環布置中之外,刷架還可以用于線性滑動軌道,該線性滑動軌道也由滑動軌道平面表示。

      本文示出了桿220的優選實施例。彈簧230在桿的位于基座樞軸221和刷支架樞軸223之間的區段的外部附接至桿220。彈簧可以提供拉力。桿可以包括第一桿區段226和第二桿區段227,第一桿區段226保持刷支架240,彈簧230附接至第二桿區段227。彈簧的另一側附接到基座210?;鶚休S221位于第一桿區段226和第二桿區段227之間。優選地,彈簧附接點和基座樞轉軸線222之間的第二線與刷支架樞轉軸線224和基座樞轉軸線222之間的第一線之間的角度在80°至120°之間的范圍內。利用這種構造,可以改變力的方向并且可以減小整體尺寸。利用桿區段的長度不同,也可以修改力的大小。優選的是,第二桿區段227比第一桿區段226更短。

      在該圖中,示出了理想的構造,其中滑動軌道平面420是水平構造?;旧?,只要存在垂直于滑動軌道平面420的主力分量228,就可以自由選擇該水平構造。

      在圖4中,示出了具有傾斜平面的實施例。此處,滑動軌道平面420是傾斜的,如用附圖標記421示出的。這可以容易地通過刷支架相應地圍繞其第一樞轉軸線樞轉來補償,使得兩個刷再次與平面接觸。因此,再次存在垂直于傾斜的滑動軌道平面421的力228。

      在圖5中,示出了具有偏斜的滑動軌道平面的實施例。此處,滑動軌道平面420處于偏斜構造,如附圖標記422所示。如果滑環的旋轉軸線沒有精確地平行于基座樞轉軸線,可能發生這種情況??梢源嬖谝凰⒅Ъ?,該刷支架具有與第一樞轉軸線正交的第二樞轉軸線以允許與偏斜平面422相適配,使得在滑動軌道處刷始終利用其全部接觸表面平穩運行并且因此提供可能的最佳接觸。否則,在滑動軌道處刷可能僅利用邊緣運行。在某些情況下這可能是可以接受的,如果滑環的軸線處于不平行于基座樞轉軸線的恒定的位置的話。在這種情況下,隨著刷的磨損增加,刷將增加其與滑動軌道的接觸表面,因為邊緣將被磨損。對于滑環不是偏心的或以其他方式移動的情況,將存在連續移動并且偏斜平面的角度可能連續變化,這將無法提供恒定的刷磨損,普通滑環刷將具有多個變化的接觸特性。對于刷架的上述實施例,這也可以被動態補償,因為刷可以容易地遵循滑動軌道的移動。優選的是,在刷支架處僅具有第一樞轉軸線和第二樞轉軸線。優選地,刷支架相對于桿的其他移動程度是不希望的,因為這些移動程度可以導致不穩定和振蕩,從而增加刷磨損。

      在圖6中,示出了具有彈性桿520的刷架500的實施例的側視圖,彈性桿520包括線。桿520包括兩根平行的線,該兩根平行的線在其端部處固定在一起,并且平行于刷支架樞轉軸線和/或平行于柱形滑環的滑環旋轉軸線和/或平行于盤形滑環的軌道表面。兩根平行的線可以注塑成型或以其他方式固定地保持在基座510內。線可以是連接在刷支架端部處的單件式構件。由于線在兩個端部處均連接在一起,因此線不能夠扭曲并且僅能夠在一個平面(與刷支架樞轉軸線和/或滑環旋轉軸線正交的平面)中彎曲。優選地,桿的彈簧常數被設計成使得桿在刷上產生所希望的力。此外,優選的是,刷支架通過刷支架樞軸524連接至桿,該刷支架樞軸524能夠在與刷支架樞轉軸線和/或滑環旋轉軸線正交的平面中樞轉,如上文已描述的。因此,該實施例也具有與上述實施例相同的優點。彈簧的材料可以是彈簧、鋼或黃銅材料。同樣優選的是,桿能夠傳導電流,這將簡化刷的電連接。在線處可以存在墊片529以進一步穩定線。

      圖7示出了具有線桿的實施例的立體圖。它進一步示出了具有第一刷固定裝置541和第二刷固定裝置542的刷支架540。這些刷固定裝置可以保持刷或保持用于保持刷的套管。

      圖8示出了具有金屬泡沫刷350的實施例?;蜅U與圖1示出的基本相同。存在一些例外之處,例如泡沫刷安裝(優選地釬焊或熔焊)至泡沫刷承載件352,泡沫刷承載件352可以是銅或任何其他導電材料的片材。優選地,泡沫刷承載件連接至利茲線,該利茲線可以是所示的線或如任何其他圖中所示的線。刷支架也被修改為保持泡沫刷承載件和/或泡沫刷。為此,刷支架優選地具有平坦表面,該平坦表面可以與泡沫刷(寬度、長度、半徑)和/或滑動軌道(寬度、半徑)中的至少一個匹配。泡沫刷承載件可以是刷支架的一部分。此處示出了平坦的滑動軌道區段。平坦的滑動軌道區段可以是線性滑動軌道或盤式平坦滑環的一部分。

      當單個刷利用延伸至刷支架樞軸的兩側的、刷和滑環之間的接觸區域安裝時,樞轉軸線的如圖1所述的相同的非對稱位置是有利的。此處,前部刷區段可以定位成比后部刷區段更加遠離刷支架樞軸。

      對于卷筒滑環模塊,泡沫刷承載件的底側可以彎曲至滑動軌道的半徑。

      圖9示出了桿的實施例的一部分。多個密封的中空空間620包含在3d打印的側壁610之間。同樣存在平行的層,例如平行于繪圖平面以封閉中空空間的覆蓋層。

      圖10示出了刷架處的不同的力,并且在描述圖1的部分中進一步詳細解釋。

      附圖標記列表

      100滑環

      110滑動軌道

      120絕緣支撐件

      130滑環旋轉軸線

      200刷架

      210基座

      212固定螺釘

      220桿

      221基座樞軸

      222基座樞轉軸線

      223刷支架樞軸

      224刷支架樞轉軸線

      225與滑環的旋轉軸線正交的軸線

      226第一桿區段

      227第二桿區段

      228施加至滑動軌道的力

      230彈簧

      232彈簧力的方向

      240刷支架

      241第一刷固定裝置

      242第二刷固定裝置

      250利茲線

      310第一刷

      320第二刷

      350金屬泡沫刷

      352金屬泡沫刷承載件

      400第一平面

      410穿過刷固定裝置的平面

      420滑動軌道平面

      421傾斜平面

      422偏斜平面

      500刷架

      510基座

      520桿

      524刷支架樞軸

      529墊片

      540刷支架

      541第一刷固定裝置

      542第二刷固定裝置

      600桿的區段

      610側壁

      620密封的中空空間

      710第一刷的摩擦力

      712第一刷的距離

      720第二刷的摩擦力

      722第二刷的距離

      再多了解一些
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