CN1085433C - 转子和换向器 - Google Patents

Abstract

一燃料泵电机用转子10，换向器60位于轴12上，与转子铁芯30的一端相邻。缠绕在转子铁芯极上的绕组40连接在换向器转向片70的终端上。外罩50固定在转子铁芯12的另一端，覆盖从铁芯30伸出的绕组端部42。外罩50具有轴向延伸的腿54，腿压入到转子极的相邻头部间的间隙中。换向器具有整体式管罩，管罩是径向向外张开的圆周套筒90形式的。在转子铁芯和套筒间留有间隙94，外罩50和换向器径向壁66上有孔，用于通过燃料以冷却转子。

Description

转子和换向器

本发明涉及电动机，特别涉及在燃料泵电机中使用的转子和换向器。燃料泵电机应用于车辆中以将燃料从燃料箱传送到发动机。

在燃料泵电机中，燃料通过电机，使电机和泵浸没在燃料箱中或构成燃料管路的一部分，减少了泵和电机间发生渗漏的危险。电机是直流电机，其具有永磁定子和绕线转子或电枢。电刷和换向器把转子的绕组连接到外部电源上。因为转子浸没在燃料中，所以注意力放在使转子符合空气动力学，以减少在燃料中物理转动转子所需要的动力，当燃料更粘稠时，该所需要动力要比在空气中转动转子所需要的动力大得多。在湿和干运行情况下转动转子所需动力的差别被称作冲压损耗(punch losses)。

为减少冲压损耗，已知的方法是当转子被缠绕完后，通过全部模制转子来完全封装转子。从流体动力学观点来看，这是最好的解决方法，但封装的材料也热隔离了转子绕组，导致较高的绕组温度和较高的故障危险。通过使用较大直径的金属丝可以克服这一点，但这会导致电机庞大和成本较高。全部模制转子的成本也是一个重大的缺点，并且还存在转向片污染问题。

另一个已知的费用低廉的方法是一个折衷方案，其中一个外罩放在远离换向器的转子端部上，其覆盖从转子铁芯这一端伸出的绕组的端部或头部。在燃料流动方向上这一端是前端，该外罩减少了转子前端处的紊流。其还允许一些燃料通过电机与绕组接触，以保持转子铁芯和绕组冷却。然而，由于换向器端部的换向器连接和绕组端部是暴露的，冲压损耗仍是很明显的。

从而，需要一种燃料泵电机用转子，其以适当的成本具有降低的与换向器连接相关的冲压损耗。

根据第一方面，本发明为电机绕线转子提供了一种换向器；该换向器包括：

一换向器底座；

多个由底座支撑并固定在底座上的换向器转向片，每个转向片具有整体式开槽终端，用于接收并夹住各自的转子绕组接头部分；

一冠状物，其具有多个腔体，用于接收换向器转向片的终端，每个腔体具有一对端部开口的槽，用于接收各自的绕组接头部分，其特征在于，换向器底座具有轴向延伸的环形套筒，套筒径向包围终端并形成一个凹腔，凹腔用于至少部分地容纳冠状物和绕组的轴向端部。

根据第二方面，本发明为燃料泵电机提供了一种转子，包括：一根轴；一个转子铁芯，该铁芯固定在轴上并具有多个凸极；转子绕组，缠绕在凸极上并具有接头部分；一换向器，该换向器固定在轴上，与转子铁芯的一端相邻。该换向器具有一换向器底座；多个换向器转向片和一冠状物。转向片固定在底座上，每个转向片具有开槽的终端，用于接收并夹住各自的转子绕组接头部分。冠状物具有多个用于接收终端的腔体。每个腔体具有一对端部开口的槽，该槽在转子的缠绕过程中接收各自的接头部分，当通过换向器底座和冠状物间的相对轴向运动将终端压入腔体中时，该槽还在把终端与接头部分连接在一起的过程中支持各自的接头部分。换向器底座具有轴向延伸的环形套筒，套筒径向包围终端并形成一个凹腔，凹腔至少部分地容纳冠状物和绕组的轴向端部。

这样，可减少由换向器端部的换向器连接和绕组端部产生的紊流。由于绕组不是全部模制在转子铁芯上，燃料将穿过转子铁芯并冷却绕组。

有利的是，换向器底座具有径向壁，套筒从该壁的径向外侧边缘部分延伸。径向壁允许换向器底座具有多个在径向壁和套筒之间延伸的肋条以加强套筒。

理想的是，肋条的数量是终端的两倍，每个终端分别位于相邻的一对肋条之间。

为增加通过转子铁芯的燃料流量，径向壁可具有一个或多个用于通过燃料的孔。实际上，在套筒和转子铁芯之间可以有一个轴向间隙，以保证转子绕组周围具有适当的燃料流量而仍然能减少紊流。此外或作为另外一种选择，套筒的形状可以是张开的。

有利的是，每个换向器转向片包括一个导电金属终端部分，该导电金属终端部分部分地嵌入在碳材料电刷接触部分中。这对于具有较高酒精含量的燃料是特别可取的。

有利的是，换向器转向片形成一个圆柱形滑动接触表面或一个平面滑动接触表面。

现在仅参考附图通过实例来描述本发明的两个优选实施例，其中：

图1所示为根据第一实施例并具有圆柱体形式换向器的供燃料泵电机使用的转子的侧视图；

图2所示为从换向器端观察的图1转子的端视图；

图3所示为图1转子的剖面图；

图4所示为图3转子换向器的一部分的放大剖面图；

图5所示为冠状物的端视图，该冠状物为图3转子换向器的一部分；

图6所示为根据第二实施例具有平面形式换向器的供燃料泵电机使用的转子的侧视图；

图7所示为从换向器端观察的图6转子的端视图；

图8所示为图6转子换向器的底座部分的放大剖面图。

现在详细描述两个实施例。第一优选实施例表示在图1到图5中，其是一个具有圆柱形换向器的转子。第二实施例表示在图6到图8中，其是一个具有平面形换向器的转子。

图1是优选转子的侧视图，图2是从换向器端观察的转子的端视图。图3是图1转子的纵向剖面图。转子10具有一轴12，一转子铁芯30，一外罩50，一轴环20和一换向器60。轴12具有驱动端14和非驱动端16。驱动端14具有键槽或平面部分18，用于锁住泵的叶轮。

转子铁芯30是多个冲压的叠片，叠片叠在一起并利用过盈配合压在轴12上。叠片是从薄板磁钢上冲压下来的。铁芯具有多个凸极32，这里为十个。每个极具有一个径向伸出的柄(shank)，支撑扩大的头部。相邻的头部通过小间隙36分隔开以利于缠绕绕组。相邻极的柄构成绕组隧道38，绕组穿过该隧道。

转子绕组40缠绕在转子铁芯30的极32上。绕组是通过清漆涂层绝缘的铜丝线圈。由于其形成转子的电磁场，所以该铜丝被称为磁线。另外的绝缘材料可直接应用在转子铁芯上或应用在铁芯和绕组之间。绕组40从转子铁芯30的轴向端部伸出，伸出的部分被称为绕组头部42，44。在转子的驱动端，通过隔离套管22防止绕组头部42与轴12直接接触。在另一端，如后面将要描述的，通过换向器支撑绕组头部44。

外罩50固定在转子铁芯30的驱动端上。在图3中更清楚地表示了外罩的结构。外罩50具有弯曲的顶部52和多个轴向延长的腿54，顶部52具有一个中心通孔。腿54被压入到转子铁芯30的极32的相邻头部间的小间隙36中。尽管这把外罩支撑在适当的位置上，至少是临时地，其主要功能是封闭间隙36以减少当转子在燃料中转动时，由极之间的间隙造成的紊流和冲压损耗。腿54伸展到差不多转子铁芯30的全长。外罩50在驱动端盖住绕组头部42以减少转子前端的阻力。轴环20是外罩外面轴上的一个压入配合。轴环20通过把外罩50夹在套管22上并为止推轴承(未示出)提供了个靠合表面来把外罩50保持在位置上。在图3中可以看到外罩上靠近轴环的两个小孔56。这些小孔56允许一些燃料进入到外罩和转子铁芯的内部以冷却绕组40。

换向器60安装在轴12上，与转子铁芯30的非驱动端16相邻。如图2中所示，换向器60是圆柱体形式的，具有十个换向器转向片70，转向片位于构成换向器一部分的套管状部分的外表面上。在换向器60的径向伸出的壁66可以看到五个小孔64，以供通过燃料。如在图3和4中所示，换向器具有一冠状物80和支撑换向器转向片70的底座62。转向片70具有模制在底座62上的碳材料体72，带有绝缘移动机械连接式终端76的嵌入的铜或黄铜导电条74用于连接到转子绕组的引线或接头部分上。每个终端76具有轴向延伸的槽78，当引线被用力压入到槽78中时，槽78跨骑并夹住引线。

冠状物80具有整体式套管部分82，套管部分将冠状物与转子铁芯隔开并防止非驱动端绕组头部44接触轴12。冠状物80在缠绕转子绕组之前固定在轴上，套管部分82靠接在转子铁芯30上。冠状物80具有多个腔体84，腔体容纳换向器转向片的终端76。腔体84具有用于接收引线46的槽86。当冠状物固定在轴上后，缠绕转子。当转子被缠绕完后，换向器的底座62被压在轴12上，与冠状物80接触，这样终端76被接收在各自的腔体84中。当终端被压入到腔体中时，引线被压入到槽中，剥去引线和终端间接触点处引线上的绝缘层以建立电连接。

一管罩从径向伸出的换向器底座壁66伸向转子铁芯30。管罩具有径向向外张开的圆周套筒90，其覆盖换向器终端76和引线间的连接并延续到非驱动端绕组头部44。在转子铁芯30和套筒90的末端92间留有小的轴向间隙94以供通过用于冷却转子铁芯和绕组的燃料。

图4是图3的换向器的放大剖面图，其更清楚地表示终端的槽78中的引线46及套筒末端92和转子铁芯30间的轴向间隙94。套筒末端92是逐渐变细的，以提供与绕组头部44间的小空隙。可以看到，套筒90本身向转子铁芯30方向稍稍分开以改善流体动力学。冠状物80在每个腔体84的径向向外张开的边缘处具有扩大的部分88，该部分在套筒90和径向壁66的连接处与换向器底座62接合。在支撑套筒90的同时，该扩大的部分88形成一个靠接表面，用于相对冠状物80正确地轴向和径向定位换向器底座62。

图5是换向器组件冠状物80的端视图。该视图表示了换向器终端76用的单个腔体84。每个腔体84是从冠状物中心点径向伸出并具有用于接收终端76的开口轴向表面的小盒子形式的。每个腔体84具有用于接收引线的横向槽86。腔体84是凸出的或分开的，因为腔体间需要有一个间隙以使得能够有效地缠绕绕组。当冠状物80在燃料中转动时，腔体84充当离心泵的轮叶或叶片，帮助使燃料通过转子铁芯和/或管罩以冷却转子。

在使用中，燃料从叶轮流过转子，这样外罩50是转子的前端。由于外罩和管罩提供的平滑表面，大部分燃料将以最小紊流在转子周围流过。如图3中箭头A所指示的，一小百分比的燃料将流过外罩上的孔56，沿绕组隧道流动并通过管罩和转子铁芯间的间隙94流出。如箭头B所指示的，一小百分比的燃料也将通过换向器径向壁66上的小孔64流入并通过管罩和转子铁芯间的间隙流出。这两个燃料流通常是由冠状物腔体的泵作用辅助的，并保持绕组的转子铁芯冷却。

现在参考图6到8描述第二实施例。电机与图1的转子具有相似的构造并且将不再描述了。与第一实施例相似的零件具有相似的参考标记。图6是转子的侧视图，图7是从换向器端观察的图6转子的端视图。换向器60的不同之处在于，其是一个平面形式的换向器，也称作面板换向器。和前面一样，换向器60具有十个位于换向器底座62上的转向片70，绝缘移动机械连接式终端固定在冠状物上的腔体中(未示出)。在这种情况下，转向片由径向伸出的壁66支撑，而不是由底座的套管状部分支撑。

底座62结合了整体式管罩，管罩是径向向外张开的圆周套筒90形式的，套筒从径向伸出的壁66向转子铁芯12轴向延伸。套筒90未达到转子铁芯30以提供用于通过管罩和铁芯间的燃料的轴向间隙94。套筒90构成一个杯状管罩，管罩的内部空间覆盖了换向器转向片和引线间的连接，以及转子铁芯换向器端的绕组头部(未示出)。

在图7中，刚好可以看到稍稍逐渐变细的套筒90位于十个换向器转向片的径向外侧。在换向器的中心，可以看到轴12的凸出的端部。与轴相邻并且在转向片70的径向内侧，有三个小孔64。这些小孔64供燃料流入到管罩内部用，使燃料流能够冷却绕组和转子铁芯。

图8是未附装转向片的部分图6换向器底座部分的剖面图，其展示了管罩套筒90给予底座62的杯状外形。所示小孔64为在轴用通孔68中形成的隧道，尽管作为隧道的替代或附加可提供单独的通孔以将燃料引入到管罩的内部空间。在横截面中可以看到的其它孔是用于附着换向器转向片的。在套筒90内周表示的肋条96加强套筒，还用作相对冠状物(未示出)定位底座。肋条96和冠状物的腔体充当离心泵的叶片以泵送燃料通过外罩、管罩和转子铁芯以冷却转子铁芯。尽管可以使用其它的终端腔体和肋条组合，认为理想的是肋条的数量是腔体的二倍，当底座与冠状物装配完后，腔体位于各自的一对相邻肋条间。这样在装置过程中，可利用肋条将终端与腔体对准。

尽管参考两个优选实施例描述了本发明，但该技术领域的普通技术人员将认识到可以进行多种变型，所有这种变型都包括在如后附权利要求所限定的本发明的范围内。例如，尽管套筒被描述为没有达到转子铁芯，但套筒可以与转子铁芯接合并且具有多个用于通过燃料的孔。实际上，为了支撑套筒的末端，套筒可以具有轴向延伸的指状物，指状物压入到极的相邻头部间的间隙中，与外罩的腿相似并与其靠合。

Claims (19)

1.一电机的缠绕转子用换向器；该换向器包括：

一换向器底座；

多个由底座支撑并固定在底座上的换向器转向片，每个转向片具有整体式开槽终端，用于接收并夹住各自的转子绕组接头部分；

一冠状物，其具有多个腔体，用于接收换向器转向片的终端，每个腔体具有一对端部开口的槽，用于接收各自的绕组接头部分，

其特征在于

换向器底座具有轴向延伸的环形套筒，该套筒径向包围终端并形成一个凹腔，用于至少部分地容纳冠状物和绕组的轴向端部。

2.根据权利要求1中所述的换向器，其特征在于，所述换向器底座具有径向壁，所述套筒从壁的径向外侧边缘部分伸出。

3.根据权利要求2中所述的换向器，其特征在于，换向器底座具有多个在径向壁和套筒间伸展的肋条以加强套筒。

4.根据权利要求3中所述的换向器，其特征在于，肋条的数量为终端的两倍，每个终端分别位于相邻的一对肋条中间。

5.根据权利要求2中所述的换向器，其特征在于，径向壁具有至少一个与凹腔连通的通道。

6.根据前述权利要求中任一项所述的换向器，其特征在于，每个换向器转向片包括一个导电金属终端部分，该部分部分地嵌入在碳材料电刷接触部分中。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的换向器，其特征在于，换向器转向片构成一个圆柱形滑动接触表面。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的换向器，其特征在于，换向器转向片构成一个平面滑动接触表面。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的换向器，其特征在于，轴向延伸的环形套筒是张开发散状的。

10.一燃料泵电机用转子，包括

一轴；

一转子铁芯，该铁芯安装在轴上并具有多个凸极；

转子绕组，该绕组缠绕在凸极上并具有接头部分；

一换向器，该换向器固定在轴上，与转子铁芯的一端相邻，换向器具有一换向器底座；多个固定在底座上的换向器转向片，每个转向片具有开槽的终端，用于接收并夹住各自的转子绕组接头部分；一冠状物，该冠状物具有多个用于接收终端的腔体，每个腔体具有一对端部开口的槽，该槽在转子的缠绕过程中接收各自的接头部分，当通过换向器底座和冠状物间的相对轴向运动将终端压入腔体中时，该槽还在把终端与接头部分连接在一起的过程中支持各自的接头部分，

其特征在于换向器底座具有轴向延伸的环形套筒，套筒径向包围终端并形成一个凹腔，凹腔至少部分地容纳冠状物和绕组的轴向端部。

11.根据权利要求10中所述的转子，其特征在于，换向器底座具有径向壁，套筒从壁的径向外侧边缘部分伸出。

12.根据权利要求11中所述的转子，其特征在于，换向器底座具有多个在径向壁和套筒间伸展的肋条以加强套筒。

13.根据权利要求12中所述的转子，其特征在于，肋条的数量为终端的两倍，每个终端分别位于相邻的一对肋条中间。

14.根据权利要求11中所述的转子，其特征在于，径向壁具有至少一个与凹腔连通的通道。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的转子，其特征在于，每个换向器转向片包括一个导电金属终端部分，该部分部分地嵌入在碳材料电刷接触部分中。

16.根据权利要求10至14中任一项所述的转子，其特征在于，换向器转向片构成一个圆柱形滑动接触表面。

17.根据权利要求10至14中任一项所述的转子，其特征在于，换向器转向片构成一个平面滑动接触表面。

18.根据权利要求10至14中任一项所述的转子，其特征在于，轴向延伸的环形套筒是张开发散状的。

19.根据权利要求10至14中任一项所述的转子，其特征在于，套筒末端与小间隙对面的转子铁芯相邻轴端面的径向外侧部分面对。

Images