電気機械用ブラシユニット、そのためのスプリングおよびシールの配置、および、それらの製造方法

专利摘要:
簡素で安価だが頑丈な構造で簡素な工程で安価に組み立てられるブラシユニットは、互いに重ね合わされた４つの環状の板状要素（１，３，５，７）、具体的には、それぞれ１以上のブラシ（９）に電気的に接続された外側の印刷回路基板（１，３）と、前記印刷回路基板の間に配置され、電気的絶縁材料からなり、ブラシ（９）の径方向のガイド（２１）およびブラシに作用するばね（３５）の受入部（４０）を形成する凸部および凹部を備える形状の案内板を含む。ばねは、心棒（３９）に巻き付けた渦巻きばねであり、心棒（３９）の扁平な端部は、ばねから突出し、受入部（４０）のガイド溝に捻れないように案内され、制止部（４３）の後に係止され得る。ブラシユニットを組み立てるため、印刷回路基板および案内板（１，３，５，７）を軸方向に重ね合わせてリベット留めし、ブラシ（９）をガイド（２１）の中に押し込み、ばね（３５）を受入部４０の中に挿入する。
公开号:JP2011507467A
申请号:JP2010537301
申请日:2008-12-05
公开日:2011-03-03
发明作者:ゲルハルト・リムベルガー；ヘルベルト・グラプナー
申请人:ホフマン・ウント・コムパニー・エレクトロコーレ・アクチェンゲゼルシャフトＨｏｆｆｍａｎｎ ＆ Ｃｏ Ｅｌｅｋｔｒｏｋｏｈｌｅ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ；
IPC主号:H02K13-00

专利说明:

[0001] 本発明は、電気機械用ブラシユニットに関する。ブラシユニットの好ましい用途の分野は自動車用電気モータであり、特に、内燃エンジン用セルモータ（スタータ）である。]
背景技術

[0002] 自動車のセルモータ（スタータ）において、ますます、耐用年数および性能に関するより高い要求が出てきている。それらは、部分的には環境的要求の継続的な高まりにより形成されている。この一例は、燃料を節約する目的で多くの新しい自動車に既に搭載されている始動／停止機能である。それらにおいて、エンジンは、自動車が停止したときに自動的に停止され、走行するために自動的に再始動される。これは、セルモータに高い負荷を与えるので、導体断面積の増大、および／または、ブラシの増加のような手段により対策がなされている。しかしながら、その結果、材料コストが増大している。これは、組み立てコストを低減することで高い材料コストを相殺する取り組みにつながる。]
発明が解決しようとする課題

[0003] 本発明の課題は、簡単で、より安価な構成で、特に組み立て工程を相当に簡素化でき、それにより安価に製造できながら、例えば６つの、増加した数のブラシの使用を同様に可能にする、電気機械用ブラシユニットを提案することである。]
課題を解決するための手段

[0004] 本発明によれば、この課題は、請求項１に特定したブラシユニットにより達成される。従属請求項は、本発明に係るブラシユニットのさらに有利な改良点、或いは、ブラシユニット用のスプリングおよび／またはシールの配置、並びに、前記ブラシユニットの組み立て方法に関する。]
図面の簡単な説明

[0005] 本発明に係るブラシユニットおよび前記ブラシユニットの組立方法の実施形態は、以下に、図面を参照してより詳細に説明する。
組み立て前のブラシユニットの主な構成部品の斜視図である。
２つの案内板の一方の斜視図である。
完全に組み立てた状態のブラシユニットの斜視図である。
部分的に組み立てた状態で、挿入していないスプリングとともに示すブラシユニットの図ある。
ブラシスプリングの受入部への挿入を示す図である。
ブラシスプリングの受入部への挿入を示す図である。
ブラシスプリングの受入部への挿入を示す図である。]
実施例

[0006] 図１によると、ブラシユニットのホルダ構成は、４つのリング状で板状の要素、具体的には、上側および下側の導電に適するシート材料を含む印刷回路基板１，３と、前記印刷回路基板の間に配置され、好ましくは射出成形されたプラスチック部品である、電気的絶縁材料で形成された上側および下側の案内板５，７とを含む。ここに説明する実施形態において、ブラシユニットは、特に６つのブラシ９を有するが、前記６つのブラシの内３つが上側の印刷回路基板に導電接続されており、他の３つが下側の印刷回路基板に導電接続されている。接続は、いずれの場合も、関係するブラシ９に固定、好ましくは圧入され、他端１１ａがそれぞれ印刷回路基板１，３に溶接されたケーブル１１によって確立されている。] 図１
[0007] 案内板５，７は、印刷回路基板１，３に面する側が平坦で、互いに面し合う側に凸部（突出部）１３および凹部のある形状を有する。２つの案内板５，７の形状は、実質的に互いに鏡写しの形状であり、回転すると同一である。]
[0008] 図１と比較して拡大されている図２の下側の案内板７の個別の図に見られるように、凸部１３は、上側の支持面１５を有する。支持面１５は、案内板５，７が合わされたとき、上側の案内板５の対応する支持面に対して当接する。そのため、案内板５，７は、凸部１３によって互いに指示し合う。凸部１３は、位置決めピン１７と位置決め穴１９とが交互に設けられている。位置決めピン１７と位置決め穴１９とは、案内板を互いに対して正確な角度位置に中心合わせおよび位置決め（目印に）するために、対応する上側の案内板５のピンおよび穴に係合する。案内板５，７は、鏡写しで互いに回転すると同一の形状であり、好ましくは同一形状のものであることができ、これによりブラシユニットの製造を簡素化する。印刷回路基板１，３もまた、接続ケーブル（不図示）のために下側の印刷回路基板３から一体に突出する例えば接続金具４５の存在のように鏡写しの対称でない機能を除いて、概して互いに鏡写しで対称に形成される。] 図１ 図２
[0009] 凸部１３の間に、下側の案内板７は、径方向に連続するガイド溝２１の形状の凹部を有する。前記ガイド溝は、その中にブラシ９を径方向に変位可能に挿入して案内できる径方向のガイドを形成するために、上側の案内板５の対応するガイド溝によって補完される。ブラシに作用するスプリングのための受入部４０は、ガイド溝２１に平行に設けられ、前記ガイド溝に関係している。前記受入部の形状および機能は後述する。]
[0010] ブラシユニットを組み立てるために、印刷回路基板１，３および案内板５，７は、それらが堅固に結合したリング状のブロックを形成するように、図２に示す順番で積層され、接続部材、本実施形態では６つのリベット２３，２４によって結合される。] 図２
[0011] リベット２３，２４が貫通できるように、穴２５，２６が印刷回路基板１，３に設けられ、案内板５，７も、それぞれ対応する穴２７と、前記穴に連続して、各凸部１３の側部に外側を向いて形成された半円形の切欠き２９とを有する。]
[0012] ６つのブラシ９を有する図示した実施形態では、リベットは、それぞれの印刷回路基板（例えば１）が、３つのリベット２３を受け入れるための３つの穴２５だけを有するよう、或いは、残る３つのリベット２４のためのスペースを提供する３つの突出した領域を形成する略三角形状を有するように配置される。このため、構成部品を結合したとき、３つのリベット２３、つまり、それぞれの第２のリベットは、上側の印刷回路基板１の穴２５および２つの案内板５，７の穴２７を通して延伸し、前記上側の印刷回路基板と案内板とを互いに接続する。一方、他の３つのリベット２４は、２つの案内板５，７の穴２７および下側の印刷回路基板３の穴２６を通して延伸し、前記案内板と下側の印刷回路基板３とを互いに、分離可能な方法で接続する。それにより、それぞれの印刷回路基板１または３は、３つのリベットによって、２つの案内板５，７に接続されているが、他方の印刷回路基板３または１には接続されていない。このリベットの配置は、リベットが上側および下側の印刷回路基板１，３と同時に電気的に接触し、印刷回路基板が短絡することを防止する。印刷回路基板１，３の間の導電接続は、このようにして、リベットを印刷回路基板１，３から絶縁する追加の絶縁ブッシング等を使用することなく回避される。]
[0013] ４つの板状の部材１，３，５および７を接続した後、案内板５，７のガイド溝により形成されるブラシがガイドの中に外側から径方向に押し込まれ得る。ブラシ９は、予めケーブル１１によって取り外し不能に関係する印刷回路基板１または３に接続されている。ケーブル１１の長さおよび柔軟性は、ブラシ９をガイドに挿入可能とするように選択されなければならない。]
[0014] 図４に示したブラシユニットの中間状態は、部品をリベット留めし、ブラシをガイドに押し込んだ後に得られる。] 図４
[0015] 図４は、円筒形の充填体３３（ジグ、ダミー）をも示す。前記円筒形の充填体の径は、ブラシユニットを配設する整流子またはコレクタの径と同じか僅かに大きい。前記ダミーは、組み立ての間および搬送のためのジグとしての役目を果たし、ばね付勢された移動可能なブラシ９の径方向内側の制止具としての役目を果たし、そして、それぞれの径方向のガイド２１の中でのブラシの端位置を定める。] 図４
[0016] ブラシユニットを完成させ、それを有効にするために、ばねが取り付けられなければならない。これらのばねは、ブッシングを、関係する電気機械の円筒形の整流子またはコレクタに向かって、径方向内側に押圧する。図４に示すように、ブラシ９に関係すべきばね３５は、ばね鋼の帯材を巻き上げた形の渦巻きばねの形態である。溝状に折り曲げられた前記渦巻きばねの外側端部３７は、関係するブラシ９の径方向外向きの端面に対して当接することが企図される。渦巻きばね３５の内側端部は、心棒または巻き付けコア３９に取り付けられ、典型的には溶接される。心棒または巻き付けコア３９は、扁平な方形断面を有し、やはり扁平したその端部は渦巻きばね３５の両側から突出する。これらのばね３５は、関係する受入部４０の中に挿入される。受入部４０は、それぞれ、案内板５，７の中の関係するブラシと並んで形成され、その上下の端面に、それぞればね３５の巻き取りコア３９の上下の端部を受け入れるガイド溝４１を有する] 図４
[0017] 図５，６および７は、拡大した下側の案内板７の平面図の詳細を示し、ブラシ９に関係する受入部４０の中へのばね３５の挿入を説明する。図５は、巻き付けコア３９を挿入する前のばね３５を示す。図６では、ばね３５は、上側および下側のガイド溝４１の初期位置において案内されている巻き付けコア３９の端部とともに、部分的に挿入されている。一度、ばね３５の自由端３７がブラシ９の外側端面に当接すると、ばね３５は、第１に予圧し、第２にばねがガイド溝４１の内側に突出する係止タブ４３を通過するようにさらに押し込まれる。ばね３５の自由端３７がブラシ９を押圧するので、反力がばねおよび前記ばねの内側端部が固定された巻き付けコア３９に作用し、前記反力は、ばねの内側端部およびばねに取り付けられた巻き付けコア３９にトルクを作用させる。前記トルクは、巻き付けコア３９を係止タブ４３の後側に係止する。結果として、ばね３５は、その端位置に到達し、自身の反力によってこの位置に固定される。] 図５ 図６
[0018] ばねの挿入の後、ブラシユニットは、実質的に完全に組み立てられる。下側の印刷回路基板３は、径方向に突出する電流接続金具４５を有する。前記接続金具の端部は、電力供給ケーブルに接続することが可能である。（印刷回路基板１は、グランドへの接続部（不図示）を有する）。ブラシユニットがセルモータに組み込まれたとき、接続金具４５はモータハウジングの壁（不図示）を貫通して延伸し、シール要素によって前記壁から切り離されなければならない。ブラシユニットの組み立て終了状態を示す図３によれば、弾性材料からなるシール要素４７は、この目的で設けられ、前記シール要素の特別な特徴は、それが、横断方向に走り、一端が開放し、シール要素４７が横方向に接続金具の上に、つまり、ブラシユニットに対して接線方向に押圧されるのを可能にするスロット４９を有することである。このため、時間消費、径方向の難しい接続、および、印刷回路基板３および接続金具４５の変形を招き得る径方向の力の作用が避けられる。結果として、ケーブルまたはケーブルシューなしに下側の印刷回路基板３と一体化した簡素な接続金具の形態で電流接続が実現できる。] 図３
[0019] 図３は、組み立ておよび輸送のためのジグ３３（ダミー）を挿入した完全に組み立てたブラシユニットは図示しないが、ブラシの径方向内側端部が摩耗するように当接することが企図される整流子５０を挿入したものを図示している。] 図３
[0020] 上記ブラシアセンブリの組み立てプロセスが３つの段階を含むことが分かる。具体的には、
ａ）印刷回路基板および案内板１，５，７および３を互いに重ね合わせ、軸方向に挿入したリベット２３，２４によって前記印刷回路基板および案内板を結合すること（１つの工程ですべてのリベットを同時に固定できる）による、軸方向の組み立て：
ｂ)関係するガイド２１の中にブラシ９を径方向に挿入し、ばね３５を巻き付けコア３９とともに対応する受入部４０およびガイド溝４１に径方向に挿入すること（６つのばね３５すべてを同時に径方向に挿入できる）による、径方向の組み立て：
ｃ）側方にスリットのあるシール要素を接続金具４５に対して接線方向に押圧することによる接線方向の組み立て。]
[0021] これは、非常に簡素で費用の安いブラシユニット全般の組み立て行程を作り出す。特に、渦巻きばね３５の径方向の接合は、以下の利点を提供する。挿入前にばね３５の予圧が不要または少ししか必要でない。外側に向かって径方向に開放した受入部４０の中への径方向の移動が良好なアクセスを提供する。ばねの挿入の前の径方向のブラシ位置に関する許容度が高い。ばね３５の扁平な巻き付けコア３９は、端位置に達したとき、ばねの反力によって、上側および下側の案内板のガイド溝４１の係止タブ４３の後側に自動的に係合する。いかなる場合も、ばねの巻き付けコア３７の反力は、位置決めピン１７およびリベット２３，２４に加えて、ユニット全体の剛性をさらに増大する。]
[0022] 本発明は、図示した実施形態の詳細に限定されない。好ましい実施形態として、６つのブラシを有するブラシユニットを図示して説明したが、本発明は、ブラシの数に関係なく、単一のブラシを有するものにでも使用できる。印刷回路基板および案内板を接合するための接続要素としてリベットを説明したが、ねじ、クリップ等のような接続要素や接着剤が、代替または追加として使用できる。]

权利要求:

請求項1
ａ）４つの環状の板状要素（１，３，５，７）が重ね合わされて、固定手段によって堅固に結合されており、ｂ）前記板状要素の外側の２つは、１以上のブラシ（９）に導電接続された環状の印刷回路基板（１，３）であり、ｃ）電気的絶縁材料からなる２つの案内板（５，７）が、前記印刷回路基板（１，３）の間に配置され、前記案内板は、互いに面し合う側に、交互に凸部（１３）と凹部（２１）とがある形状を有し、前記凸部は支持面（１５）を形成し、支持面（１５）は、他方の前記案内板の対応する前記支持面（１５）に対して当接し、ｄ）前記案内板の前記凹部は、前記印刷回路基板に（１，３）に電気的に接続されたブラシ（９）がその中に径方向に移動可能に配置される径方向のガイド（２１）を形成するために互いに補完し合う、という特徴を有する電気機械用のブラシユニット。
請求項2
前記固定手段は、前記印刷回路基板（１，３）および前記案内板（５，７）を貫通して延伸するリベット（２３，２４）の形態である請求項１に記載のブラシユニット。
請求項3
それぞれの前記印刷回路基板（１，３）は、前記リベット（２３，２４）によって、２つの前記案内板（５，７）に接続されているが、前記印刷回路基板の他方（３，１）には接続されていない請求２に記載のブラシユニット。
請求項4
前記ブラシは、それぞれ、機械的および電気的に、関連する前記印刷回路基板（１，３）に柔軟なケーブル（１１）によって接続され、前記ケーブルの柔軟性および長さは、前記印刷回路基板および前記案内板を接合した後に、前記ブラシ（９）を、前記案内板により形成された対応するガイド（２１）に外側から径方向に挿入できるようなものである請求項１に記載のブラシユニット。
請求項5
ａ）ブラシ（９）のための少なくとも１つの径方向のガイド（２１）と、前記ブラシに作用するばねのための少なくとも１つの受入部（４０）とが、ブラシユニットの実質的に環状の基体に形成されており、ｂ）前記ばね（３５）は、前記受入部の中に配置され、前記ばねは、渦巻きばねの形態であり、前記ばねの外側の端部は、前記ブラシ（９）に当接し、前記ばねの内側の端部は、心棒（３）に固定されており、前記心棒（３９）の２つの端部は、前記渦巻きばね３５を超えて突出し、且つ、扁平な断面を有し、ｃ）前記心棒（３９）のためのスロット状のガイド溝（４１）が、受入部（４０）の中の上側および下側の端面に形成され、前記スロット状のガイド溝は、前記渦巻きばねを前記心棒とともに前記受入部（４０）の中に外側から径方向に挿入できるように、外側に向かって径方向に開口し、その挿入工程において、前記心棒の端部が前記スロット状のガイド溝（４１）に、回転が固定された方法で案内される、という特徴を有する電気機械用ブラシユニットのばねの配置。
請求項6
前記ガイド溝（４１）は、それぞれ、前記ばねが前記受入部（４０）に挿入されたとき、その後側に前記心棒の端部が係合し、且つ、前記ブラシ（９）に対して当接することによる前記ばね（３５）の反力によって前記ばね（３５）の外側の端部が固定される係止突起（４３）を有する請求項５に記載の配置。
請求項7
ブラシユニットの印刷回路基板（３）から径方向に突出する電流接続金具（４５）と、前記接続金具に押圧され得るゴム弾性シール要素（４７）とを有し、前記シール要素は、片側に開口したスロット（４９）を有し、前記スロットによって、前記シール要素は、前記電流接続金具（４５）に対して、前記環状のブラシユニットの接線方向に押圧され得る電気機械用ブラシユニット、とりわけ請求項１から３のいずれかに記載のブラシユニットのためのシールの配置。
請求項8
ａ）２つの金属板からなる環状の印刷回路基板（１，３）であって、柔軟なケーブル（１１）によって該印刷回路基板に導電接続された少なくとも１つのブラシ（９）を有するものを予め形成するステップと、ｂ）電気的絶縁材料からなる２つの案内板であって、凸部と前記凸部の間に凹部とを有し、前記２つの案内板の前記凹部は、互いに合わさって、前記ブラシ（９）のために径方向に走るガイド（２１）と、前記ブラシ（９）に作用するばね（３５）のための受入部（４０）とを形成するものを予め形成するステップと、ｃ）１つの前記印刷回路基板（１）、２つの前記案内板（５，７）およびもう一つの前記印刷回路基板（３）をこの順番で軸方向に重ね合わせて、板の群を形成するステップと、ｄ）前記板の群を接続手段によって結合するステップと、ｅ）前記ブラシ（９）を前記案内板によって形成された前記ガイド（２１）の中に径方向に挿入するステップと、ｆ）渦巻きばねの形態の前記ばね（３５）を前記案内板によって形成された前記受入部（４０）の中に径方向に挿入するステップと、を含む電気機械用ブラシユニットの製造方法。
請求項9
前記板の群は、リベットによって結合されている請求項８に記載の方法。
請求項10
前記接続手段または前記リベット（２３，２４）は、前記印刷回路基板（１，３）をそれぞれ前記２つの案内板（５，７）に接続するが、他方の前記印刷回路基板（３，１）には接続しない請求項８または９に記載の方法。
請求項11
前記渦巻きばね（３５）が前記受入部（４０）に径方向に挿入されたとき、前記ばね（３５）に作用するばね力によって、前記渦巻きばねに設けられた突起（３９）が、前記受入部（４０）に設けられた係止突起（４３）の後側に係合する請求項８に記載の方法。
請求項12
前記印刷回路基板の１つから径方向に突出する電流接続金具（４５）の上に弾性シール要素（４５）を接線方向に押圧するステップをさらに含む請求項８から１１のいずれかに記載の方法。