[发明专利]用于在电机中传输电流的换向器

说明书

本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的、用于在电机中传输电流的换向器。

现有技术

为了将电流传输到旋转地支承在定子中的电枢上以及为了在短路的电枢线圈中进行电流换向而使用换向器，所述换向器由电枢侧的集电器以及贴靠在集电器上的碳电刷(Kohlebürste)构成。壳体固定的碳电刷贴靠在旋转的集电器的壳面上，其中换向器组件的材料特性对从碳电刷到集电器上的电流传输率、以及对尤其是碳电刷的磨损具有重要的影响。

由DE 40 25 367 C2已知一种用于小型电动机的填充金属的碳电刷，所述碳电刷设计成烧结构件并且由纯净的石墨粉末构成，所述石墨粉末与金属粉末混合、进行挤压成型并且接下来进行烧结。

本发明的公开内容

本发明的目的在于，如此构造一种在电机中的换向器，使得一方面确保高的电流传输并且另一方面确保高的使用寿命。

所述目的根据本发明利用权利要求1所述的特征来实现。从属权利要求给出了有利的改进方案。

根据本发明的换向器用于在电机中、尤其是在电动机中进行电流传输和电流换向，其中不仅考虑在直流电动机中的应用而且还考虑在交流电动机中的应用。这种类型的换向器例如能够在内燃机用的直流起动电动机中使用，所述直流起动电动机或者以电的方式实施或者设计成永久励磁的电动机，并且不仅能够用于汽油机而且能够用于柴油机。此外，例如考虑用于内燃机的起停系统或者用作在混合动力车辆中的电机。其它的使用可能性是电驱动装置，尤其是作为车辆中例如用于发动机冷却、车辆空气调节的伺服电动机或者作为刮水器电动机。此外，还能够使用在电动工具用的电动机中。也可以考虑应用在具有较高的牢固性和使用寿命的三相交流发电机和滑环转子异步电动机中。

换向器包括电枢侧的集电器以及至少一个贴靠在集电器上的、壳体固定的电刷，所述集电器固定地与电机的电枢联接，通过所述电刷将电流传输到集电器上以用于为电枢线圈通电流。换向器的至少一个传输电流的构件设计成具有渗透的金属的、多孔的陶瓷体。所述多孔的陶瓷体为预制体(Preform)，所述预制体在制造过程期间例如借助于气压渗透或者借助于挤压制造技术(Squeeze-Cast-Technologie)以熔融的金属进行渗透。因此，换向器的以这种方式构成的传输电流的构件由金属陶瓷复合材料构成，所述金属陶瓷复合材料设计成基于预制体的材料(P-MMC)或者以这种方式制造。

在复合材料中的陶瓷份额引起了高的耐磨性和耐腐蚀性，此外还实现了高的耐热性(在使用铜(Cu)作为金属组成部分时直到800℃)。陶瓷组成部分减少了在电刷与集电器壳面之间的相对运动期间的摩擦，从而提高了耐磨性。

另一个优点在于，具有复杂的几何形状的较大的构件也可以完全地并且无裂缝地以金属进行渗透。由此，不仅电刷而且集电器能够以分别期望的几何形状进行制造。

在根据本发明的换向器中，至少一个换向器构件、一个或多个电刷和/或集电器由金属陶瓷复合材料以多孔的、具有渗透的金属的陶瓷体制成。不仅考虑下述实施方案，其中仅电刷或者仅集电器或者不仅电刷而且集电器由金属陶瓷复合材料制成。对于不仅电刷而且集电器由复合材料构成的情况来说，不仅能够使用相同的复合材料也能够使用不同的复合材料用于电刷和集电器，或者还使用陶瓷份额与金属份额的相同的或不同的混合比例。

氧化物、氮化物或碳化物、例如Al₂O₃、AlN、TiN、Si₃N₄、SiC或者硅渗透的SiC被考虑作为陶瓷组成部分。作为金属组成部分优选使用高传导性的材料，尤其是铜或者铜合金，然而也可以是银、金、铝、铁、锡以及其合金。此外，能够按需要添加润滑材料以及研磨材料。

设计成多孔的、具有渗透的金属的陶瓷体的复合材料由于其接合构件的三维网状结构除了源于陶瓷份额的耐磨性、耐热性以及耐腐蚀性之外还具有高的导电性和导热性。通过陶瓷份额的变化能够产生在大约0.05μΩm到10¹⁵Ωm之间的比电阻或者说电阻率或者说特种电阻。