[发明专利]碳换向器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及电动机的碳片换向器(Commutator)和它的制造方法。

背景技术

有时，永磁直流电动机用于浸没式燃料泵应用中。这些电动机一般采用面型换向器或者圆柱型或者桶形换向器。面型换向器具有平的、圆形换向表面，该换向表面设置在垂直于电枢旋转轴线的平面上。桶形换向器具有弧形、圆柱形换向表面，该换向表面设置在圆柱的外表面上，并绕着电枢旋转轴线而共轴线地设置。与换向表面形状无关，用于浸没式燃料泵应用中的电动机一定得小和紧凑，一定得具有较长的使用寿命，可以在易腐蚀的环境中进行工作，制造和工作费用一定得低，并且基本上不需要维护。

有时，浸没式燃料泵马达一定工作在含有氧化合物如甲醇和乙醇的流体燃料介质中。酒精增加了燃料的导电性，因此增加了电化反应，而电化反应除镀任何露出到燃料中的铜马达元件。为此，有时用碳和碳成分形成带有马达的切断的换向表面的碳片。这是因为碳换向器不能被腐蚀或者“除镀”，如铜换向器一样。带有碳片的换向器还一般包括金属接触部分，这些接触部分与碳片处于电接触，并且提供把每个电接触物理地连接到电枢线圈金属丝上的末端。

通过首先模制和热处理可模制的碳化合物，或者机加工热处理过的碳或者碳/石墨块，从而形成碳换向器，这些是公知的。这种布置公开在德国专利公开3150505.8中。然后，换向器绝缘轮毂被形成来支撑金属基体。在碳接合到金属基体之前或者之后，轮毂可以直接模制成金属基体。然后，通过碳制品和金属基体来机加工出槽，从而把碳制品和基体分离成许多电绝缘的片。还需要机加工出换向器的内径、外径和换向表面。

在把完工的换向器装配到电枢之后，在最后的复制模制(overmolding)工序中，蛤壳型模可以设置在新近装配好的换向器电枢的上方。该蛤壳型模的开口端形成来以这样的方式绕着换向器进行密封：留下露出来的换向表面。然后把绝缘体材料喷射到蛤壳型模中。一旦绝缘材料固化，那么除去蛤壳模。这种最后的过模步骤可防止铜电枢绕组和其它易腐蚀元件与周围流体如氧化燃料进行化学反应。复制模还确保金属丝减少应力故障的可能性，并且保持合适的动力平衡水平。在泵中，复制模还将减少空气阻力损失。

在制造这种换向器时，把切口加工到金属基体中或者通过金属基体来加工切口，产生了金属片。这些金属片堵塞在产生电绝缘(失效)的片之间的槽中。机加工到金属基体中还露出了基体的切口部分，从而使氧化燃料产生腐蚀效果。

在机加工换向器的碳和金属基本部分从而形成电绝缘片的地方，提供一些型式的支撑结构来加强换向器，并且机械地把碳片和导体部分结合起来。这种支撑结构有时需要换向器具有相当大的辅助轴向空间，该轴向空间增加了电枢换向器组件的总体轴向长度，和或减少了绕在电枢上的金属丝的大小和数量。

对一些种类的导电树脂接合碳成分而言，当它固化时，绝缘表面层实质上形成在该成分的外部表面上。这个表面层形成了碳成分和金属导体部分之间的电接触的阻碍。因此，使用了这种成分的碳换向器一定提供了通过绝缘表面层的电通道。

一种解决这些问题的方法公开在美国专利5386167中，该专利于1995.1.31授权给Strobi(Strobi专利)。该Strobi专利示出了由导电树脂接合的碳成分(Composition)组成的碳盘。为了避免与加工成金属基体有关的问题，碳盘复制模制成8个饼片型铜片，然后在这些片之间径向切开，从而形成8个电绝缘碳片。塑料基体使铜片安装在复制模制碳的位置上，并且在碳片之间提供机械联锁。但是，塑料基体增加了换向器的轴向厚度。此外，Strobi专利没有提供这样的结构：该结构提供通过碳成分表面层的电通道，或者该结构可以减少电阻。

所需要的碳片换向器比较坚固，并产生通过增加的碳到位于碳片内的铜接触及通过任何可形成的绝缘表面层的较小电阻。还有，所需要的方法可以制造这种换向器，而这种方法只需要较少的机加工时间并提供较长的设备寿命。

本发明的概述