Торцевой коллектор

Изобретение относится к торцевому коллектору. Торцевой коллектор (1) содержит расположенные на расстоянии друг от друга контактные секции (4), которые образуют плоскую поверхность (5) щеточного контакта и связаны неподвижным и электропроводным соединением с радиальными участками соответствующих металлических держателей (6), также расположенных на расстоянии друг от друга, и ступицу, выполненную из электроизоляционного материала и несущую держатели (6) контактных секций, снабженные крючками (8) для выводов обмоток, причем между каждыми двумя близлежащими в окружном направлении продольными участками (7) держателей (6) контактных секций проходит распорка (9), образованная ступицей. Продольный участок (7) имеет выемку (15), которая замкнута или открыта с краю держателя и имеет по меньшей мере частично дугообразную кромку. Распорка (9) выполнена расширяющейся по окружной протяженности при взгляде вдоль нее от поверхности (5) щеточного контакта в сторону крючков (8) для выводов обмоток и/или от крючков (8) для выводов обмоток в сторону поверхности (5) щеточного контакта. Техническим результатом является создание торцевого коллектора с более прочной и надежной ступицей. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Настоящее изобретение относится к торцевому коллектору, соответствующему ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Такие торцевые коллекторы для электрических машин широко известны. На фиг.5 показан вид сбоку известного торцевого коллектора производства фирмы-заявителя. Этот торцевой коллектор 1 содержит выполненную из пластмассы ступицу 2, которая при эксплуатации коллектора в составе электрической машины соединена с валом якоря с фиксацией от проворачивания. На торцевой стороне 3 торцевого коллектора 1 расположено несколько расположенных на расстоянии друг от друга в окружном направлении контактных секций 4, в частности угольных секций, которые образуют плоскую поверхность 5 щеточного контакта для взаимодействия по меньшей мере с одной угольной щеткой. Каждая контактная секция 4 связана неподвижным и электропроводным соединением с радиальным участком 13 держателя 6. Каждый радиальный участок переходит в продольный участок 7, который расположен под углом 90° к радиальному участку и на конце которого, противоположном радиальному участку, расположен крючок 8 для фиксации проволочного вывода обмотки, в частности сваркой по методу Hot Staking. Между каждыми двумя близлежащими в окружном направлении продольными участками 7 расположена проходящая в осевом направлении распорка 9, представляющая собой часть ступицы 2. Каждая распорка имеет в радиальном направлении протяженность около 2 мм и переходит в радиальном направлении внутрь в корпус ступицы. Эта протяженность приблизительно соответствует толщине продольных участков 7 держателей в радиальном направлении. Противоположные продольные боковые стороны 10, 11 каждой распорки 9 параллельны друг другу, поэтому на представленном виде сбоку распорка 9 имеет по существу прямоугольное очертание. Недостатком известного торцевого коллектора 1 является то, что при его установке в электрической машине распорки 9 могут обламываться и срезаться, и такие обломки могут застревать в зазорах 12 между контактными секциями 4. Во время работы электрической машины с изображенным на чертеже торцевым коллектором 1 обломки распорок могут выйти из зазоров 12 и в результате повредить электрическую машину или другие компоненты, в частности, при использовании такого коллектора в топливном насосе.

В основу изобретения положена задача создания торцевого коллектора с более прочной и надежной ступицей, а также упрощения изготовления такого коллектора и обращения с ним.

Эта задача решается с помощью признаков, раскрытых в пункте 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны в зависимых пунктах формулы. Кроме того, в объем изобретения входят любые комбинации по меньшей мере из двух признаков, раскрытых в описании, на чертежах и/или в формуле изобретения.

Объектом изобретения является торцевой коллектор, содержащий расположенные на расстоянии друг от друга контактные секции, которые образуют плоскую поверхность щеточного контакта и каждая из которых связана неподвижным и электропроводным соединением с радиальным участком соответствующего металлического держателя, и ступицу, выполненную из электроизоляционного материала и несущую держатели контактных секций, которые (держатели) также расположены на расстоянии друг от друга и каждый из которых на продольном (т.е. проходящем в осевом направлении) участке снабжен крючком для вывода обмотки, причем между каждыми двумя близлежащими в окружном направлении, т.е. соседними, продольными участками проходит распорка, образованная ступицей и выполненная расширяющейся по окружной протяженности при взгляде вдоль нее от поверхности щеточного контакта в сторону крючков для выводов обмоток и/или от крючков для выводов обмоток в сторону поверхности щеточного контакта. В соответствии с изобретением продольный участок каждого держателя контактной секции со стороны, противоположной крючку для вывода обмотки, имеет выемку, которая замкнута или открыта с краю держателя и имеет, по меньшей мере частично, дугообразную кромку.

В предлагаемом в изобретении торцевом коллекторе распорки, с целью укрепления ступицы по ее кромке, выполнены расширяющимися в зоне крючков и/или в противоположной ей в осевом направлении зоне контактных секций. Это позволяет предупреждать обламывание или срезание распорок при последующих манипуляциях с торцевым коллектором в составе якоря электрической машины. Расширением распорки по ее окружной протяженности по меньшей мере на одном ее концевом участке достигается, в том числе, более выгодный для пластмасс характер расположения армирующих волокон, что положительно сказывается на прочности ступицы, которую целесообразно изготавливать из пластмассы. Поскольку в качестве материалов для изготовления ступицы, а значит, и распорок, предпочтительно применять реактопласты со стекловолокном, стеклянными шариками и/или аналогичными армирующими наполнителями, равномерное распределение таких наполнителей за счет наращивания полимерной матрицы в области расширения распорок также способствует повышению механической прочности.

Благодаря тому что продольный участок каждого держателя контактной секции, в частности, со стороны, граничащей с контактной секцией, имеет выемку, имеющую, по меньшей мере на отдельных участках, дугообразную кромку, это ухудшает теплопередачу от крючка для вывода обмотки к крепежным участкам и при закреплении обмоточного провода на крючке по методу соединения в горячем состоянии посредством прессовой посадки (англ.: hot staking) предохраняет соединение (в частности паяное соединение) между контактными секциями и крепежными участками. Одновременно эта выемка, когда она заполнена материалом ступицы, служит дополнительным средством крепления соответствующего держателя контактной секции, что позволяет по меньшей мере частично обойтись без крепежных лапок, входящих в ступицу наклонно или перпендикулярно, что делает держатели контактных секций более простыми в изготовлении и обращении. Еще одно преимущество использования подобной выемки заключается в сведении к минимуму опасности образования трещин, в частности по краям корпуса, где его толщина мала. Это объясняется, в том числе, тем, что выемка улучшает течение материала ступицы при формовании, а также утолщением ступицы в области выемки.

Целесообразно, чтобы распорки имели небольшую протяженность в радиальном направлении. Предпочтительно, чтобы протяженность распорок в радиальном направлении по меньшей мере по существу соответствовала радиальной протяженности (толщине) плоских, по существу пластинчатых и вытянутых в осевом и окружном направлениях продольных участков держателей контактных секций, которые (держатели) предпочтительно выполнять из меди или медного сплава. Задача распорок состоит, прежде всего, в прикрытии обращенных друг к другу боковых поверхностей продольных участков для того, чтобы, с одной стороны, электрически изолировать их друг от друга, а с другой стороны, защитить от воздействия агрессивных сред, к примеру, топлива. Это особенно важно, если коллектор применяется как часть проточного топливного насоса. Протяженность распорок в радиальном направлении составляет примерно от 1 до 2 мм, предпочтительно около 1,5 мм, при этом распорки переходят радиально внутрь в корпус ступицы.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения расширяющаяся по окружной протяженности часть распорок выполнена симметричной относительно воображаемой плоскости симметрии, проходящей через распорку. Этим достигается равномерное распределение усилий.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения распорки выполнены расширяющимися трапециевидно, или V-образно. Для этого расширяющийся участок предпочтительно имеет две плоские наклонные стороны, сходящиеся под определенным углом.

Боковые поверхности расширяющегося участка распорок могут быть также дугообразными, в частности вогнутыми. Отсутствие углов придает ступице дополнительную устойчивость.

Предпочтительно, чтобы продольные участки держателей контактных секций прилегали к распоркам, разграничивающим эти участки, т.е. чтобы продольные участки держателей по контуру соответствовали распоркам. Отсюда следует, что по меньшей мере в одной концевой области осевые участки сужаются по окружной протяженности. Этим достигается исключение или сокращение угловых участков с острыми кромками, каковые имеются в известных коллекторах у держателей, имеющих по существу прямоугольные в плане продольные участки, что позволяет избежать локальных концентраций тепла по краям продольных участков, обычно имеющих место в известных торцевых коллекторах.

Наиболее подходящим материалом для корпуса ступицы является пресс-масса, преимущественно реактопласты с армирующими элементами. В изготавливаемых таким образом ступицах выполнение распорок расширяющимися особенно способствует повышению сопротивляемости ступиц действию растягивающих и/или сжимающих усилий.

Другие преимущества, особенности и подробности настоящего изобретения рассматриваются ниже в описании предпочтительных вариантов его выполнения, поясняемом чертежами, на которых показано:

на фиг.1 - вид сбоку торцевого коллектора в первом варианте его выполнения,

на фиг.2 - вид сбоку торцевого коллектора в еще одном варианте его выполнения,

на фиг.3 - вид в плане поверхности щеточного контакта торцевого коллектора,

на фиг.4 - разрез А-А торцевого коллектора, изображенного на фиг.3,

на фиг.5 - вид сбоку торцевого коллектора, известного из уровня техники.

Одинаковые и функционально эквивалентные компоненты обозначены на фигурах одинаковыми позициями.

На фиг.1 изображен торцевой коллектор 1 для обычной электрической машины. После установки коллектора 1 он установлен на проходящий в направлении его продольной оси L вал якоря и соединен с ним с фиксацией от проворачивания.

Торцевой коллектор 1 содержит пластмассовую ступицу 2. С торцевой стороны 3 коллектора, показанной в плане на фиг.3, установлен ряд угольных контактных секций 4, расположенных на расстоянии друг от друга в окружном направлении. Эти секции образуют плоскую торцевую поверхность щеточного контакта коллектора для взаимодействия по меньшей мере с одной щеткой электрической машины (не показана).

Каждая контактная секция 4 припаяна к пластинчатому радиальному участку 13 (фиг.4) медного держателя 6, выполненного в виде гнутой штампованной детали, и таким образом связана с держателем неподвижным и электропроводным соединением. Снаружи в радиальном направлении каждый радиальный участок 13 держателя секции переходит в продольный участок 7, вытянутый параллельно продольной оси L вала. На свободном конце каждого продольного участка 7 расположен крючок 8 для крепления вывода обмотки якоря электрической машины.

Как видно, в частности, на фиг.1, между любыми двумя близлежащими в окружном направлении продольными участками 7 расположена распорка 9, вытянутая в осевом направлении и выполненная за одно целое со ступицей 2. Протяженность распорки 9 в радиальном направлении, которая на чертеже не показана, по существу соответствует показанной на фиг.4 толщине d продольных участков 7 в радиальном направлении. К каждой распорке 9 прилегают в окружном направлении два соседних продольных участка 7 держателей 6 контактных секций. В варианте осуществления изобретения, иллюстрируемом на фиг.1, распорка 9 выполнена с увеличением ее ширины, измеряемой в окружном направлении. В своей средней области распорки 9 имеют небольшую ширину b₁. В концевой области ширина b₂ распорок 9 примерно в два раза больше ширины b₁ в средней области. Как видно на фиг.1, боковые стороны 10, 11 распорки на расширяющемся в осевом направлении участке дугообразно изгибаются в окружном направлении в противоположные стороны. Вследствие того что распорки 9 расширяются в осевом направлении, продольные участки 7 держателей в этой зоне соответственно, по дугообразной линии контура, сужаются, что позволяет исключить острые углы, а значит, локальные концентрации тепла.

Расширяющаяся по окружной протяженности распорка 9 имеет короткую проходящую в осевом направлении прорезь 14. Эта прорезь 14 является продолжением в осевом направлении зазора 12 между двумя соседними контактными секциями 4.

Кроме того, на фиг.1 видно, что продольные участки 7 держателей 6 контактных секций со стороны, противоположной крючку для вывода обмотки, имеют замкнутую выемку 15. Вместо замкнутой выемки может быть предусмотрена выемка, открытая с краю держателя. Благодаря выполнению продольных участков 7 и наличию выемки 15 уменьшается теплопередача между крючками 8 для выводов обмоток и радиальными участками. Кроме того, благодаря выемке 15 проходящие в окружном направлении участки 16 небольшой толщины, примыкающие в осевом направлении к продольным участкам 7 и охватывающие снаружи в радиальном направлении контактные секции 4, менее подвержены образованию трещин.

Вариант осуществления изобретения, представленный на фиг.2, в основном соответствует варианту, представленному на фиг.1, поэтому ниже будут приведены лишь различия соответствующих конструкций. В варианте, представленном на фиг.2, распорки 9 расширяются в области крючков 8 для выводов обмоток не дугообразно, а V-образно или трапециевидно. В представленном на фиг.2 варианте ширина b₁ распорок 9 также возрастает, начиная от средней области, до ширины b₂ в концевой области. В рассматриваемом варианте углы по кромке продольного участка 7 сохранились, но стали менее острыми, что позволяет по меньшей мере уменьшить локальные концентрации тепла в этих местах.

Дополнительно к расширению по окружной протяженности распорок 9 в концевой области, прилегающей к крючку для вывода обмоток, или вместо такого расширения распорки 9 могут расширяться по окружной протяженности в противоположной концевой области, в которой в рассматриваемом варианте осуществления изобретения выполнена прорезь 14.

1. Торцевой коллектор, содержащий расположенные на расстоянии друг от друга контактные секции (4), которые образуют плоскую поверхность (5) щеточного контакта, и каждая из которых связана неподвижным и электропроводным соединением с радиальным участком (13) соответствующего металлического держателя (6), и ступицу (2), выполненную из электроизоляционного материала и несущую держатели (6) контактных секций, которые также расположены на расстоянии друг от друга и каждый из которых на продольном участке (7) снабжен крючком (8) для вывода обмотки, причем между каждыми двумя близлежащими в окружном направлении продольными участками (7) проходит распорка (9), образованная ступицей (2) и выполненная расширяющейся по окружной протяженности при взгляде вдоль нее от поверхности (5) щеточного контакта в сторону крючков (8) для выводов обмоток и/или от крючков (8) для выводов обмоток в сторону поверхности (5) щеточного контакта, отличающийся тем, что продольный участок (7) каждого держателя (4) контактной секции со стороны, противоположной крючку (8) для вывода обмотки, имеет выемку (15), которая замкнута или открыта с краю держателя и имеет по меньшей мере частично дугообразную кромку.

2. Торцевой коллектор по п.1, отличающийся тем, что протяженность распорок (9) в радиальном направлении по меньшей мере приблизительно соответствует толщине плоского продольного участка (7) держателя (6) контактной секции.

3. Торцевой коллектор по п.1, отличающийся тем, что распорка (9) выполнена расширяющейся симметрично относительно плоскости симметрии, проходящей в радиальном и осевом направлении.

4. Торцевой коллектор по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что распорка (9) выполнена расширяющейся трапециевидно.

5. Торцевой коллектор по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что распорка (9) выполнена расширяющейся по дуге, в частности вогнутой.

6. Торцевой коллектор по п.1, отличающийся тем, что продольные участки (7) держателей (4) контактных секций сужаются по окружной протяженности при взгляде вдоль них от поверхности (5) щеточного контакта в сторону крючков (8) для вывода обмоток и/или от крючков (8) для вывода обмоток в сторону поверхности (5) щеточного контакта.

7. Торцевой коллектор по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один из радиальных участков (13) держателей (4) контактных секций, предпочтительно все радиальные участки (13), выполнен без крепежных лапок.

8. Торцевой коллектор по п.1, отличающийся тем, что между каждыми двумя соседними контактными секциями (4) имеется зазор (12), продолжающийся в осевом направлении прорезью, выполненной в распорке (9) с торцевой стороны.

9. Торцевой коллектор по п.1, отличающийся тем, что ступица (2) выполнена из полимерной пресс-массы.