换向器 本发明涉及一种换向器，特别涉及一种用于电动机的碳换向器片以及制造这种换向器的方法。
碳换向器片是公知的，但是它具有缺陷，即与马达电刷之间有相当高的层间电阻。本发明试图减少这种层间电阻以提高马达性能。
根据本发明提供一种换向器，该换向器包括由绝缘材料制成的换向器基座、多个换向器端子(每个端子包括端部和接触部)、以及形成于基座上并分别覆盖端子的接触部的多个碳换向器片；其中每个碳换向器片在邻近基座处具有由模制石墨制成的内部，一或多个包含烧结石墨或由其构成的暴露在外的部分。
优选地，每个碳换向器片包括用于形成内部的模制石墨的第一内层，以及由包含烧结石墨颗粒的模制石墨或烧结石墨制成以构成外部的第二外层。
或者，每个换向器片包括一层构成内部的模制石墨，以及一个或多个嵌入到第一部位并形成外部的烧结石墨元件。
优选地，换向器呈平面换向器结构形式。
优选地，基座具有旋转轴线以及至少部分地横向于旋转轴线延伸出的前、后表面，其中每个端子的接触部穿过基座上一相应的孔并被弯曲而贴靠或邻近基座地前表面，并且每个端子的端部具有用来切开绕组连接部上的绝缘材料的切削刃、以及用来骑跨并夹紧所述连接部的狭槽。
优选地，当每个碳换向器片包括用于构成内部的模制石墨的第一内层以及构成外部的烧结石墨的第二外层时，碳换向器片的第二外层就限定了一个圆盘，其呈放射状地隔开从而形成单独的换向器片。
优选地，当每个换向器片包括一层构成内部的模制石墨，以及多个嵌入到第一部位并构成外部的烧结石墨元件时，烧结石墨元件为部分圆形并且与基座的旋转轴线同心配置。
或者，该换向器呈圆柱形换向器结构形式。
本发明的第二个方面，还提供一种制造上述平面换向器的方法，包括以下步骤：
(a)构成由烧结石墨制成的多个不同直径的圆形或环状元件，或由烧结石墨或包含烧结石墨颗粒的可模制石墨制成的盘，然后
(b)将端子连于基座，然后
(c)用可模制石墨将烧结石墨元件或盘模制于基座上，然后
(d)将石墨分成多个换向器片。
现在参考附图仅通过例子对本发明做更详细的说明，其中：
图1是根据本发明的换向器的第一个实施例的截面图，
图2是从图1所示的换向器的基座的前面及一个侧面看过去的缩小比例的透视图，
图3是从图2所示的换向器的基座的后面及一个侧面看过去的缩小比例的透视图，
图4是缩小比例的换向器平面图，
图5是换向器端子的透视图，
图6是端子框架的缩小比例透视图，
图7是根据本发明的换向器的第二实施例的截面图，
图8是根据本发明的换向器第三实施例的截面图，
图9是根据本发明的换向器第四实施例的截面图。
图中所示的换向器意在用于小的电动马达中，特别是永磁直流马达。图1-8中所示的换向器通常指得是一种平面换向器，其与轴向挤向换向器的平面接触面的电刷一起使用，而代替了在圆柱形换向器情况下的径向挤压。然而，本发明同样可用在图9所示的圆柱形换向器中。
首先参考图1-6，其中所示的换向器基座10由模制材料构成，包括圆形前壁11和从前壁11向后伸出的圆柱形围档12。基座10还有凸台13，通过它可以将基座10安装到电枢轴(未显示)。
在围档12的内表面上有多个沿圆周隔开轴向伸出的肋条14，稍后将解释其用途。
前壁11具有与凸台13对准的中心孔45、8个等角间隔径向拉长的凹槽15以及与每个凹槽15径向对准的伸长的切口状的孔16。
每个凹槽15在其径向的里端与孔17相连。
每个凹槽15还连着两个孔18，每个孔分别在各自的凹槽15的任一侧并且与其径向外端相邻。
前壁11还有按角度隔开的槽19构成的外环。
图5所示的换向器的终端20包括端部21和接触部22。接触部22呈指状，其中有三个孔23、24、25。端部21是矩形(如展开图所示)，其次轴与接触部22的纵轴一致。端部21具有中心切口部26，它与端部21的主轴和次轴对称。切口部26从端部21中心的最大宽度减小到两个狭槽27。两个刀具28凸进每个狭槽27一小段距离。这些刀具28形成锋利的边缘用来切断在电枢绕组的连接器部分上的绝缘。端部21还有两个倒钩29，其用意稍后会清楚。为了将终端20装到基座10上，将指状物22通过每个孔16压到基座10里然后指状物22弯曲跨过凹槽15向内径向伸去。
然后，碳换向器片30覆盖指状物22而形成于换向器基座10的前壁上。这通过向前壁11上热压石墨材料盘片然后将盘片切成8个单独段30而得到。盘片由两个层31、32冷压到一起而构成。层31由包含胶合物的可模制石墨制得，而层32由既包含胶合物又包含压碎的烧结石墨颗粒(一般最小尺寸为0.15mm，一般最大尺寸为0.25mm)的可模制石墨制得。在热压过程中，胶合物软化(可能液化)这样允许层31在压力作用下通过指状物22中的孔23、24、25流到凹槽15、槽19以及流过孔17、18将盘片锚定在基座10上。8个外层32形成了与马达电刷的接触表面并且局部暴露的嵌入颗粒33用来减小电刷与探段之间的接触电阻，从而提供更好的电流。
现在参考图6，其中展示了用于终端20的端部21的框架35。机架35近似于皇冠形状，并且装有用来接受电枢轴的中心凸台36、8个等间隔布于凸台36的圆周的向外径向延伸的支架部37。每个支架部37限定出支架凹槽38，并用来实现电枢绕组的各个部分与终端20的一个端部21之间的有效连接。每个支架部37具有侧壁39、端壁40以及盖41。侧壁39与凸台36的纵轴线平行。
短柱42从端壁40的内表面中心凸出，伸进支架部37内大约侧壁39一半的长度。短柱42平行于凸台36的纵轴伸出，并且仅通过端壁40与框架35相连。每个侧壁39具有与凸台36的纵轴平行地伸展的槽43，其从支架35的换同器端部伸出直到短柱42的自由端的高度。电枢绕组的一部分能够穿过槽43使得绕组部分停在短柱的一端。
在组装电动机的电枢过程中，框架35装到电枢轴上。通过将线头放到侧壁39上的槽43中，将电枢绕组的引导线插入支架部37之一。将线拉回到支架部37中，直到停靠在短柱42上。从这开始，缠绕第一个电枢线圈。在第一线圈绕组的末端，标记电枢，并以同样的方式将导线不间断地放入下一个支架部37中。这个过程一直重复到所有的线圈绕好，然后将绕组的尾端放入第一个支架部37的槽43中并将其折回直到它与在绕制开始时放到短柱42上的引导端相连。然后将导线切断，从绕线器中取出电枢。
现在框架35有绕线部，其包括放置在每个支架部37中的绝缘线。每一个绕线部在张力作用下被紧紧拉到各自的短柱42上。然后，将换向器的基座10以及端子20和换向器片30一起沿着电枢轴滑动，使得端子的端部21进到各自的支架部37中，并且支架部位于肋条14之间。随着每个端部21到达支架部37夹持的绕线部，狭槽27移过导线。刀具28将导线上的绝缘材料切开，该导线当槽移过时将变形。由此形成导线与终端部20之间金属与金属的亲密接触。倒钩29钩紧框架35的盖子41，从而将端部21保留在支架35里。
图7所示的换向器除了段30a以外均与图1所示的相同。段30a有两层31a和32a。层32a是一层烧结石墨的预成型层。层32a最初是一个与层31a(可模制石墨)一起热压模到基座10上而形成的盘片石墨层31a位于层32a与基座10之间。所示地，层32a优选地在后表面上具有多个同心环状肋条34伸进层31a。这有益于将层32a锁到层31a上，并且增加电流从一个层到另一个层的流动面积。然后，将层31a和32a切成8个单独的换向器片30a。
图8所示的换向器除了换向器片30b以外均与图1所示的相同。段30b包括由可模制石墨制得的块31b以及至少一个通常是五个嵌到块31b的外表面的同心圆元件32b。同心圆元件32b由烧结石墨预成型并且通过可模制石墨块31b热压模到基座上。然后将块31b和圆形元件32b一起切割成8个单独的扇形体。
图9所示的换向器是与平面换向器相对的圆柱形换向器。这个换向器包括基座10c、端子20c以及碳换向器片30c。段30c包括被冷压到一起的两层31c、32c。层31c由包含胶合物的可模制石墨制得，而层32c是由既包含胶合物又包含压碎的烧结石墨颗粒33c的可模制石墨制得，其与图1所示换向器相似。嵌入的颗粒33c与图1所示的颗粒33相似，部分暴露并用来减小电刷与段之间的接触电阻，从而提供更好的电流。
上述的换向器都有与马达绕组机械连接的端部。可选择地，换向器的端部可配备常规的柄舌与电枢绕组相连(可以用传统的方法例如焊接、热立桩(hotstaking)或卷边)。
上述描述的实施例仅是以举例的形式给出，熟练的技术人员很清楚在不脱离由所附的权利要求书所限定的本发明的范围的条件下可以做多种修改。