ТОРЦЕВОЙ КОЛЛЕКТОР
END-PLATE COMMUTATOR

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.
1
2
1
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 b. В концевой области ширина b распорок 9 примерно в два раза больше ширины b 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.
1
2
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 b распорок 9 также возрастает, начиная от средней области, до ширины b 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.