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1、(10)申请公布号 CN 102460909 A (43)申请公布日 2012.05.16 C N 1 0 2 4 6 0 9 0 9 A *CN102460909A* (21)申请号 201080029296.X (22)申请日 2010.04.29 102009002725.4 2009.04.29 DE H02K 5/14(2006.01) H02K 13/00(2006.01) H01R 39/59(2006.01) H01R 39/20(2006.01) H01R 39/38(2006.01) (71)申请人罗伯特博世有限公司 地址德国斯图加特 (72)发明人 T博岑哈德 M拜尔 W。
2、格施维茨 (74)专利代理机构北京市金杜律师事务所 11256 代理人苏娟 (54) 发明名称 用于电机的电刷装置以及电机 (57) 摘要 本发明涉及一种电机(1)，特别是用于内燃 机的起动机，该电机具有换向器(4)和电刷装置 (2)，其中带有至少一个电刷对的电刷(3)能彼此 错开行进地设置在所述换向器(4)上，其中各电 刷(3)设置在电刷支架(5)中，各电刷支架(5)固 定在电刷板(6)的轴向端侧上，各电刷(3)能够通 过通向电刷对的导电设备(18、19)交替地与负极 或正极串联连通，电刷板(6)与通向负极侧电刷 (3)的连接绞合线(24、25、26)并且汇流排(10) 与通向正极侧电刷(3。
3、)的连接绞合线(21、22、23) 分别构造成导电设备(18、19)。为了尽可能简单 地实现在热过载时对电刷装置(2)的保护，至少 一个导电设备(18、19)构造有用于减少散热的装 置。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2011.12.28 (86)PCT申请的申请数据 PCT/EP2010/055792 2010.04.29 (87)PCT申请的公布数据 WO2010/125137 DE 2010.11.04 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图。
4、 4 页 1/2页 2 1.一种用于电机，特别是用于起动内燃机的起动机的电刷装置(2)，所述电刷装置具 有电刷(3)，所述电刷包括至少一个电刷对，其中各电刷(3)设置在电刷支架(5)中，各电刷 支架(5)固定在电刷板(6)的轴向端侧上，各电刷(3)能够通过通向电刷对的导电设备交 替地与负极或正极串联连通，具有通向负极侧电刷(3)的连接绞合线的电刷板(6)和具有 通向正极侧电刷(3)的连接绞合线的汇流排(10)分别构造为导电元件，其特征在于，至少 一个导电设备被构造为具有用于减少散热的装置。 2.如权利要求1所述的电刷装置(2)，其特征在于，至少一个导电设备，特别是一个极 的电刷(3)的至少一个。
5、导电设备构造有熔断器。 3.如权利要求1或2所述的电刷装置(2)，其特征在于，正极侧的导电设备构造有熔断 器。 4.如权利要求2至3中任一项所述的电刷装置(2)，其特征在于，所述导电设备，特别 是在汇流排(10)上的导电设备被构造为具有作为用于减少散热的装置和/或熔断器的材 料弱化部。 5.如权利要求4所述的电刷装置(2)，其特征在于，所述汇流排(10)中的材料弱化部 至少在一侧由至少一个槽(15、16、17)构成。 6.如权利要求2至5中任一项所述的电刷装置(2)，其特征在于，在环形的汇流排(10) 中的材料弱化部在外圈上构造有至少一个槽(15、16、17)并且在内圈上构造有至少一个槽 (1。
6、5、16、17)，所述环形的汇流排特别地被构造为电刷支架(5)的保持件。 7.如权利要求2至6中任一项所述的电刷装置(2)，其特征在于，所述汇流排(10)在 两侧在内轴向周面(102)和外轴向周面(101)上以同样程度弱化的方式构造。 8.如权利要求2至7中任一项所述的电刷装置(2)，其特征在于，所述汇流排(10)在 内轴向周面(102)和外轴向周面(101)上以不同程度弱化的方式构造。 9.如权利要求2至8中任一项所述的电刷装置(2)，其特征在于，所述至少一个槽(15、 16、17)被构造为基本上呈多边形，特别是具有倒圆的棱角的多边形。 10.如权利要求2至9中任一项所述的电刷装置(2)，其。
7、特征在于，极的至少一个连接 绞合线(21-26)以弱化的方式构造。 11.如权利要求2至10中任一项所述的电刷装置(2)，其特征在于，至少一个正极侧的 连接绞合线(21、22、23)以相对于至少一个负极侧连接绞合线(24、25、26)的横截面弱化最 大约1/3的比例的方式构造。 12.如权利要求2至12中任一项所述的电刷装置(2)，其特征在于，在存在大量一 个极多根连接绞合线(21至26)的情况下，连接绞合线(45)的外横截面(Q45)相对于所 有电刷的弱化的绞合线横截面的总比例小于一个极的电刷(21至26)的外绞合线横截面 (q21-q23、q24-q26)的总和乘以0.5。 13.如权利要。
8、求2至12中任一项所述的电刷装置(2)，其特征在于，负极绞合线(24、 25、26)的横截面(q24-q26)被构造为弱化的程度小于等于正极绞合线(21、22、23)的横截 面(q21-q23)的1/5。 14.一种电机，特别是用于内燃机的起动机，所述电机具有换向器(4)和电刷装置(2)， 所述电刷装置特别是如前述权利要求1至14中任一项所述的电刷装置，其中带有至少一个 电刷对的电刷(3)能彼此错开行进地设置在所述换向器(4)上，其中各电刷(3)设置在电 权 利 要 求 书CN 102460909 A 2/2页 3 刷支架(5)中，各电刷支架(5)固定在电刷板(6)的轴向端侧上，各电刷(3)能。
9、够通过通向 电刷对的导电设备交替地与负极或正极串联连通，电刷板(6)与通向负极侧电刷(3)的连 接绞合线并且汇流排(10)与通向正极侧电刷(3)的连接绞合线分别构造成导电设备，其特 征在于，至少一个导电设备构造有用于减少散热的装置。 权 利 要 求 书CN 102460909 A 1/5页 4 用于电机的电刷装置以及电机 技术领域 0001 本发明涉及一种用于电机，特别是用于起动内燃机的起动机的电刷装置，该电刷 装置具有电刷，这些电刷包括至少一个电刷对，其中各电刷设置在电刷支架中，各电刷支架 至少固定在电刷板的轴向端侧上，各电刷可通过通向电刷对的导电设备交替地与负极或正 极串联连通，具有通向负。
10、极侧电刷的连接绞合线的电刷板和具有通向正极侧电刷的连接绞 合线的汇流排分别构造为导电设备。 0002 本发明还涉及一种电机，特别是用于内燃机的起动机，该电机具有换向器和特别 是如上所述的电刷装置，其中具有至少一个电刷对的电刷能彼此错开连接地设置在所述换 向器上，其中各电刷设置在电刷支架中，各电刷支架固定在电刷板的轴向端侧上，各电刷能 够通过通向电刷对的导电设备交替地与负极或正极串联连通，具有通向负极侧电刷的连接 绞合线的电刷板和具有通向正极侧电刷的连接绞合线的汇流排分别构造为导电设备。 背景技术 0003 已知，为了起动内燃机，使用机械换向的直流电动机作为电机。电流通过一个或多 个电刷对经由换。
11、向器接通入电枢线圈中。称为起动机的电机对于短时的工作通常设计有30 至60000个通断循环。电刷由主要具有铜组分和石墨组分的烧结材料制成。 0004 已知，对于工作时间较长的较高负载，例如对于起停系统，在起动机中使用尽可能 多的碳刷对以实现尽可能长的寿命。还公知的是，在用于起停系统的起动机中，代替如至今 常见的四碳刷，使用六碳刷。 0005 还已知，装配有过载保护以防止电机中的外部部件温度过高、发热或甚至损坏。过 载情况可能是由于过长时间地触发起动机而没有使内燃机启动而出现的，以及由于内部的 起动机故障。例如以下现有技术所公开的： 0006 DE 100 41 822 A1描述了一种用于内燃机。
12、的具有起动马达的电起动装置。在起动 马达中，具有过载保护的换向器转子连通入主电路中。过载保护由在正极侧连接汇流排与 碳刷之间的至少一个在横截面上削减的连接绞合线构造为熔断器。 发明内容 0007 本发明的目的在于，对开头部分所述类型的电刷装置和电机进行改造，从而尽可 能简单地实现防止由于电机中的热过载而损坏的保护措施。 0008 根据本发明的，通过权利要求1和15的主题实现了此目的。从属权利要求限定了 本发明的优选改进方案。 0009 本发明的构思在于，在至少一个导电设备中设置用于减少散热的装置。由于起动 机在新一代车辆中因大量循环和高转速的起停系统而导致高强度的使用，在换向器中的电 刷的温度。
13、升高得更快且更高。减少散热装置防止热量在电机外例如通过连接绞合线过快地 或以过高的热能被传递。由此保持电机的外部温度很低。减小并优选地防止电机由于在组 件上，特别是在电机之外过高的温度而损坏的危险。因此实现了在电刷上产生的热量与电 说 明 书CN 102460909 A 2/5页 5 机的位于外部的组件的分隔。 0010 为了实现根据本发明另一优选实施方式的更有效的热保护，至少一个导电设备构 造有在电刷装置中的熔断器。保险丝因此在起动机或电刷装置过热时熔断。由此有效地避 免了电刷装置上其它部件和起动机的进一步受损的危险。 0011 为了通过一种电机实现上述目的，至少一个导电设备构造有用于减少散。
14、热的装 置。 0012 作为优点已经证实的是，至少一个导电设备，特别是第一极的电刷的至少一个导 电设备构造有熔断器，而另一极的电刷的第二导电设备并未构造有熔断器。熔断器是作为 用于减少散热的装置的防止热扩散的保护器件，其在不期望的峰值温度时防止更大的受损 或危险。 0013 为了尽可能可靠地中断电流，正极侧的导电设备优选构造有熔断器。 0014 为了尽可能简单地构造用于减少散热的装置或熔断器，熔断器和/或减少散热装 置被构造为材料弱化部根据一种特别优选的实施方式，汇 流排被构造为具有材料弱化部的导电设备的一部分。汇流排构成与配电继电器在正极侧的 连接，以及通过连接绞合线构成通向正极侧电刷的连接。
15、。电刷在电机的换向器上行进，由于 汇流排大部分是宽的，材料弱化部的尺寸可十分确定地进行调节。 0015 根据一种可特别简单地实现的有利的实施方式，导电设备具有构造在至少一侧的 至少一个槽作为材料弱化部。由此，通过凹口实现导电设备的横截面的缩小。 0016 在具有三个电刷对，即六个碳刷的电刷装置中，汇流排被有利地构造为环形，所有 六个电刷支架都固定在该汇流排上。电刷支架例如挂装在汇流排中。由此，汇流排构成用 于电刷支架的保持件。 0017 为了更有效地构造熔断器，优选在外圈上构造至少一个槽，并且在内圈上构造至 少一个槽。由此，汇流排以确定的高效熔断器有针对性地被弱化。作为外圈和内圈，分别设 有环。
16、形汇流排的外周面和内周面。 0018 根据另一优选实施方式，汇流排在两侧在内周面和外周面上以弱化相同程度的方 式构造。其优点在于，升温以相同的程度发生作用。汇流排以机械方式通过振动负荷或以 电的方式通过电阻被加载。均匀弱化的优点还在于，避免了优先方向。 0019 根据一种替代的实施方式，汇流排在内轴向周面和外轴向周面上以不同程度弱化 的方式构造。这种结构方式与类型相关地可以是有利的。 0020 为了尽可能简单地构造材料弱化部，至少一个槽被构造为基本上呈多边形，特别 是具有倒圆的棱角的多边形。倒圆的棱角既可以参照径向正视图也可以沿轴向进行调节。 由此使材料使用和效果最佳。 0021 根据本发明的。
17、一种改进实施方式，作为替代，除了汇流排的弱化之外，以弱化的方 式构造在汇流排与电刷之间或电刷板与电刷之间的一个极的连接绞合线。 由此，以基本上相同的力将电刷支架保持在汇流排的端侧。熔断器或用于减少散热的装置 因此包括作为在正极侧或负极侧的电刷上的导电设备的部分的至少一个连接绞合线。 0022 优选的是，至少一个正极侧的连接绞合线在一个位置处在横截面中以相对于至少 一个负极侧连接绞合线的横截面弱化或缩小最大约1/3的比例的方式构造。因此，在导致 说 明 书CN 102460909 A 3/5页 6 升温的短路发生时，电流线路快速地在弱化的正极侧连接绞合线处中断。 0023 已经证实特别有利的是，。
18、在存在大量一个极多根连接绞合线的情况下，连接绞合 线的外横截面相对于所有电刷的弱化的绞合线横截面的总比例小于一个极的电刷的外绞 合线横截面的总和乘以0.5。 0024 在正极电刷中的绞合线横截面优选应当比负极电刷的绞合线横截面至少缩小小 于等于20。 0025 根据类型或与设计相关地，在电枢或电机长时间工作的情况下会在负极侧电刷和 正极侧电刷出现不同程度的温度升高。在此处，电刷装置相应的安装以及各个电刷的换向 角对于正极侧或负极侧的连接元件的特定升温十分重要。 0026 根据一种替代的优选实施方式，在这种实施方式中例如负极侧的电刷的升温明显 大于正极侧的电刷，优选负极侧电刷的横截面的差最多为小。
19、于或等于正极侧电刷的连接绞 线的横截面的约1/5。这种情况下，外绞合线相对于所有电刷的弱化的绞合线横截面的总比 例小于等于特定极的连接绞线的所有横截面的总和乘以0.5。由此可靠地避免了在过热时 电刷装置或电机的部件在过载情况下更大程度地受损或损坏。 0027 为了实现高转速和满足高的温度要求，换向器优选加固地在换向器薄片中构造有 保持环。保持环优选于两侧构造在端面上。 0028 应该理解的是，上述的和以下将说明的特征不仅能够以各自给出的组合应用，而 且也能够以其它组合应用。 附图说明 0029 以下参照附图详细说明本发明。附图中： 0030 图1示出了具有电刷装置的电机的局部横截面， 0031。
20、 图2示出了根据第一实施方式的电刷装置的径向剖视图， 0032 图3示出了根据第二优选实施方式的电刷装置的径向剖视图， 0033 图4示出了根据第三特别实施方式的电刷装置的径向剖视图， 0034 图5示出了根据第四特别实施方式的电刷装置的径向剖视图以及 0035 图6示出了根据第五特别实施方式的电刷装置的径向剖视图。 具体实施方式 0036 图1示出了具有电刷装置2的电机1的局部轴向横截面图。电刷装置2构造有电 刷对，其中图1示出了两个电刷3、34，所述电刷在换向器4上行进。未示出的弹簧预紧在电 刷支架5中以将电刷3压靠在换向器4上。电刷支架5固定在电刷板6上。 0037 图1示出了，电刷支架。
21、5通过后切部、通过所谓的槽-弹簧连接固定在电刷板6上。 电刷板6的环形的凸部7接合在电刷支架5的槽8中。由此，电刷支架5固定在电刷板6 上的轴向端侧。在相对的轴向端侧，电刷支架5、54以槽9插入环形的汇流排10中。汇流 排10由此作为第二固定件用于保持电刷支架5。汇流排10与起动机继电器连接，该起动机 继电器连接在电池的正极上。通过起动机继电器给电机通电流。 0038 由铜-碳材料烧结成的电刷3交替地通过连接绞合线21与汇流排10导电连接或 通过连接绞合线24与电刷板6导电连接。在图1中示出的上部电刷3是正极侧的电刷31。 说 明 书CN 102460909 A 4/5页 7 汇流排10与连接。
22、绞合线21一起构成导电设备。电刷板6接地，即与负极连接。电刷板6 由换向器支承盖11支承，该换向器支承盖在端侧将极壳12封闭。 0039 图1示出了另一个电刷支架51，电刷34支承在该电刷支架51中，该电刷34借助 于连接绞合线24通过电刷板6与负极侧连接，即接地。连接绞合线24和电刷板6也构成 导电设备。至少一个导电设备根据一种特别的实施方式在至少一个位置处具有弱化的横截 面。 0040 为了使换向器4能承受高转速和较高的升温，换向器4在内部两侧加固有保持环 14。 0041 图2根据第一特别优选的实施方式示出了电刷装置2的径向剖视图。如图1所示 出的，电刷支架51、52、53彼此沿径向偏移。
23、120设置在汇流排10上。为了更好的固定，电 刷支架51、52和53固定焊接在用于导电的汇流排10上。在正极侧的电刷支架51、52、53 之间，带有负极侧连接绞合线的电刷支架54、55和56如图6所示地分别与正极侧的电刷支 架相对地设置。为了简化视图，负极侧的电刷支架在图2以及下面的附图直至图5中被略 去。因此，负极侧的电刷支架也是彼此沿径向偏移120设置。电刷31、32和33分别通过 连接绞合线21、22、23与汇流排10导电连接。汇流排10与连接绞合线21、22、23构成根据 本发明的第一导电设备。 0042 导电设备至少构造有用于减少散热的装置，还优选构造有至少一个熔断器，以在 热过载时。
24、切断电流并保护电刷装置2和电机1免受较大的损伤。在汇流排10上固定焊接 有正极侧的绞合线45，该绞合线具有线缆接线夹46以及具有锚固件43。通过绞合线45实 现了汇流排10与起动继电器的连接点之间的电连接。 0043 根据第一特别实施方式，通过至少在一侧或如图2所示在锚固件43的两侧构造矩 形槽15、16而以弱化的方式将汇流排10构造为减少散热装置或熔断器。槽15、16将汇流 排10的轴向横截面Q减小为很小的、可熔断的横截面q1和q2。横截面q1和q2由此被构 造成相对于外侧横截面Q变小，使得其自身在加热时易于断开以切断电流。除了作为熔断 器的功能之外，汇流排10在变小的横截面q1、q2处的弱。
25、化还使得电刷31-33以及在电刷上 的连接绞合线21-23在焊接的绞合线45的方向上的散热减小。在简单的热负载的情况下 弱化部是用于减少散热的装置，而在热负载升高超过限定的负荷阈值的情况下由此变为熔 断器。 0044 升温过程在原理上如下进行。电刷31-33由于摩擦和电负载变热。连接绞合线 21-23由于电负载和电刷31-33的热传导而温度升高。由此，汇流排10也温度升高。汇流 排10具有变小的横截面q1、q2，因此导热能力受限，使得绞合线45通过锚固件43承受的 温度升高明显更小并且外部温度明显更慢且以更小的程度升高。因此实现了在电刷31-33 上产生的热量与位于外部的组件的重要的分隔。 0。
26、045 代替地，通过连接绞合线21至26分别完全地构造有较小的横截面或者在特定的 位置局部地具有减小的横截面q21-q26，所述连接绞合线21至26如图6所示地构成熔断 器。 0046 图3与图2的区别之处在于，为了减小汇流排10的横截面Q，槽16被压制得比槽 15更深并且由此构成了相对于例如仅一个槽15更有效的熔断器，所述槽15构造在汇流排 10中绞合线45的锚固件43的另一侧。这种实施方式对于电刷装置2的特定类型可以是特 说 明 书CN 102460909 A 5/5页 8 别有利的。 0047 图4示出了与图2和图3不同的另一替代的优选实施方式。在此处，在径向横截 面中看，除了槽15和1。
27、6之外，还设有槽17，所述槽15和16在绞合线45的锚固件43的两 侧被构造为压制程度不同。槽17并非构造在汇流排10的外周面上，而是从内部由内周面 构成的与槽15相对的凹部。由于对置的槽15、17，在此处位于汇流排10中部的是材料缩小 部q3。图2至图5中的槽15、16、17在横截面上观察是矩形且有棱角的。这实现了特别有 效的熔断器。应该理解的是，棱角被倒圆，即也可以构造有倒圆半径或大或小的斜边。 0048 图5示出了又一替代的实施方式。槽15构造在汇流排10的外周面101上，在横 截面中观察，即构造在绞合线的一侧。在横截面中观察，相对于绞合线45成对角线地，从汇 流排10的内周面102构造。
28、有压制得更深的槽17。根据起动机的负载需求和特定设计，根据 图2至图5的一个或其它实施方式可以是有利的。 0049 图6示出了又一替代的实施方式，在该实施方式中，作为导电设备，不是汇流排10 或电刷板6至少在一个位置构造有减小的横截面，而是负极侧或正极侧的连接绞合线21、 22、23、24、25、26缩小或整体上具有更小的横截面。图6代表了多种不同的可行的实施方 式。根据第一特别实施方式，连接绞合线21的横截面q21例如比负极侧电刷34的连接绞 合线24的横截面q24约小1/3。连接绞合线24的横截面q24例如为4mm 2 ，其大于或等于 正极侧电刷31的连接绞合线21上的为3mm 2 的横截。
29、面q21。 0050 额外地或根据一种替代的实施方式，连接绞合线横截面仅在一个位置处削减。正 极侧的外绞合线(即绞合线45)相对于一个极(即例如正极)的所有电刷的整体弱化的绞 合线横截面的总比例应使得，连接绞合线45的横截面Q45小于连接绞合线21、22、23的横 截面总和乘以0.5。根据另一可选的实施方式，连接绞合线21至26的横截面以下述比例有 针对性地减小。正极侧电刷31至33的连接绞合线21至23的横截面小于等于负极侧电刷 34至36的连接绞合线24至26的横截面的4/5。 0051 根据电机的设计和相应的使用地点也可能会出现，所述比例不适用于正极侧的连 接绞合线，而是相反地适合负极侧的连接绞合线。 0052 所有的附图仅为示意性视图，并非按照正确比例的视图。此外，其特别地在实质上 为本发明的绘制附图。 说 明 书CN 102460909 A 1/4页 9 图1 说 明 书 附 图CN 102460909 A 2/4页 10 图2 图3 说 明 书 附 图CN 102460909 A 10 3/4页 11 图4 图5 说 明 书 附 图CN 102460909 A 11 4/4页 12 图6 说 明 书 附 图CN 102460909 A 12 。