专利名称：制造发动机换向器的方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种制造发动机换向器的方法，更具体地，涉及一种制造发动机换向器的方法，该方法能够防止换向器由于与电刷摩擦而被极度磨损，并且该换向器具有改善的抗磨损性。
背景技术：
通常，发动机的换向器包括以环形方式布置在发动机内的多个换向器片；用于使每个换向器片与其邻近换向器片绝缘的绝缘树脂；和轴衬。换向器片通常由100％的铜(Cu)制成，并且轴衬布置于绝缘树脂中心，以允许转子的轴插入其中。
一种片式发动机换向器的制造方法广泛应用于制造发动机的换向器。根据该片式发动机换向器的制造方法，以环形方式在模子内布置多个换向器片，将绝缘材料模制在各换向器片之间。根据绝缘材料的安装和制造方法的不同，可将用于制造常规的片式发动机换向器的方法分为使用云母来夹紧换向器的云母夹紧法，以及使用树脂注射或挤出的树脂模制法。通过云母夹紧法，将云母片依次插入并夹紧在每个换向器片和轴衬之间，这使得换向器的制造过程非常复杂和不方便。因此，除了在大尺寸发动机中使用外，很少使用该方法。
树脂模制法的出现是为了弥补上述云母夹紧法的不方便的缺点，并且也是为了简化制造过程。在该方法中，通过拉伸和切割棒材而形成多个换向器片并且将它们插入模子中，以预定间隙将换向器片环形布置，该间隙用于容纳通过模制而加入其间的绝缘树脂，然后将轴衬插入中心部分。然后，通过挤出或注射绝缘树脂，例如酚醛树脂，在各换向器片之间的间隔中形成绝缘树脂层，并且通过转动或研磨来加工绝缘树脂层的外圆周。如果需要，通过对保留在绝缘树脂层的预定端部内的未切割部分开槽，从而形成线圈连接片。
下面将逐步描述常规的换向器制造方法。
常规的换向器制造方法包括以下步骤，即，将圆形铜线圈拉伸成板；根据预定要求将所述板切割成单独的换向器片；使用由洗涤剂(净化剂)、水和乳酸组成的混合清洗溶液来冲该洗换向器片；以环形方式将换向器片布置在用于模制换向器片的夹具上；将轴衬插入换向器片的中心以形成放置转子的轴的空间；通过在布置了换向器片和轴衬的夹具上熔化合成树脂，例如酚醛树脂，从而模制形成绝缘元件；转动所得结构，使得转子轴的内径与圆筒形换向器的轴衬装配；以及根据希望的最终尺寸来加工换向器的外径。
当将按上述方法制造的换向器应用在发动机中时，在炭刷和换向器之间由于摩擦而发生换向器片的磨损，并且换向器片的磨损使得炭刷被快速磨损。而且，由于炭刷的磨损产生的热使得换向器片的颗粒脱落，这可影响发动机的平稳运行。
图1是示出了电刷的磨损量的分布图，这是对由常规的换向器制造方法制造的换向器进行试验而得到的。
如图1所示，与常规换向器电连接的电刷的磨损量分布范围为2mm到16mm，其标准偏差为2.54mm。磨损的平均量(a1)为8.4mm，这表示极限磨损量。
而且，在长时间使用后，发动机的与换向器片和绝缘材料模制在一起的合成树脂会产生裂缝。因此，发动机的机械性能退化，并且可导致在炭刷和换向器片之间产生火花或圆火花，从而损坏线圈的涂布层，并通过碳化或燃烧而产生缺陷。
此外，如果产生的圆火花使换向器片碳化，那么由于换向器不能在换向器片和电刷之间接触，因此将变得不可用。
图2是示出了常规换向器的使用寿命的曲线图，图形数据由试验得到。如图2所示，换向器的平均使用寿命的分布范围广，从至少100小时到至多650小时，并且如图中所示平均使用寿命(a2)为341小时。
如上所述，因为电刷的磨损和由火花引起的圆火花而导致焦化、碳化或燃烧从而导致缺陷，所以通过常规方法制造的换向器具有短的使用寿命。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而完成的。因此，本发明的一个方面是提供一种制造发动机换向器的方法，该换向器的耐用性和抗磨损性得到了提高，并且即使长时间地使用发动机也能够防止换向器片碳化，该方法还能延长换向器的使用寿命。
通过提供一种制造发动机换向器的方法以实现上述方面。该方法包括以下步骤将棒材拉伸成板；通过以适当的间隔切割所述板形成多个具有预定尺寸的换向器片；通过液氮热处理该换向器片；将热处理过的换向器片插入模子中，并且以环形方式和以彼此之间预定的间隔将换向器片布置在模子中，所述间隔是为了放置绝缘树脂而设置的，并且将轴衬插入换向器片的环形布置的中心部分；通过将绝缘树脂挤出或注射在模子中而形成绝缘树脂层；以及修整制造的换向器的内径和外径。根据本方法，在每个换向器片的外部形成涂层，由此改善耐用性和抗磨损性。
在一个实施例中，可以这样的方式对换向器片进行热处理，即，将换向器浸在液氮中大约15到25分钟。由于液氮的温度通常低于-190℃，所以更优选地，这种热处理可进行大约20分钟。
拉伸处理步骤可使用由铜制成的棒材，所述铜含有大约0.01％到2.0％的银(Ag)。因此，可降低发生火花或圆火花的可能性。
上述制造换向器的方法通过液氮热处理步骤改善了换向器的耐用性和抗磨损性。
而且，根据本方法，可减少电刷由于与旋转的换向器接触而导致的磨损的量，并且可降低产生圆火花的可能性。
而且，本发明的方法防止了换向器片被碳化，并增加了换向器的使用寿命。
通过描述本发明示例性的实施方案将使得本发明的上述方面和其他优点更加明显，在附图中图1是示出了电刷的磨损量的分布图，这是通过对由常规方法制造的换向器进行试验而得到的；图2是示出了根据常规方法制造的换向器的使用寿命的曲线图，图形数据由试验得到；图3是示出了根据本发明的实施例制造发动机换向器的方法的框图；图4是示出了电刷的磨损量的曲线图，这是通过对由本发明的实施例的方法制造的换向器进行试验而得到的；以及图5是示出了根据本发明的实施例的方法制造的换向器的平均使用寿命的曲线图，图形数据由试验得到。
具体实施例方式
图3是示出了根据本发明的实施例制造发动机换向器的方法的逐步流程框图。如图3所示，对圆形铜棒材进行检验步骤S1。所述棒材可使用纯铜线，也许更优选地，可使用包含有银(Ag)添加剂的合金，该添加剂的范围是从至少0.01重量％至最多2重量％。
然后，对圆形棒材进行拉伸步骤S2以形成具有所需厚度的片。
将由拉伸步骤形成的片切割成预定尺寸以形成换向器片(步骤S3)。
然后通过使用由洗涤剂、水和乳酸组成的混合溶液冲洗换向器片(步骤S4)。
冲洗完后，将换向器片浸渍在液氮中15到25分钟(步骤S5)。在一个实施例中，液氮的温度可以是，或基本上是约-198℃。在浸渍步骤S5中，将冲洗的换向器片快速冷却以在其表面上形成氮涂层，而后对得到的换向器片的结构加热。加热处理大约需要20分钟。
在加热后，将换向器片以环形方式和以预定间隔布置在模子中，并且将轴衬插入换向器片的环形布置的中心部分，以使得发动机轴可插入其中(步骤S6)。
在步骤S7中将合成树脂绝缘材料模制在各个换向器片之间以及每个换向器片和先前插入的轴衬之间。因此，换向器片彼此绝缘并且与轴衬绝缘。
修整轴衬的内径使得发动机轴可插入换向器中(步骤S8)，并且修整换向器的外径以满足所需的最终产品的尺寸要求(步骤S9)。因此，换向器制造完成。
如果在换向器的检验步骤S10中发现完成的发动机换向器的任何缺陷都要将其丢掉。对于那些已通过前一检验步骤S10的换向器进行可靠性试验(步骤S11)。对完成的产品执行二次检验步骤S12，并且如果产品通过二次检验，那么就将换向器包装发售(步骤S13)。
上述制造发动机换向器的方法改善了耐用性和抗磨损性，并且提高了换向器的使用寿命。而且，该方法可抑制换向器片在使用期间发生碳化。
图4和5是示出了通过对根据本发明的实施例制造的换向器进行试验而得到的数据的曲线图。
图4示出了电刷的磨损量，该数据是当根据本发明制造的换向器在发动机中使用一段时间后而测量得到的。如图4所示，标准偏差为0.87mm，与常规电刷和换向器相比较该偏差比较低。电刷的平均磨损量为6.8mm(a3)，与常规换向器相比较也大大地降低。
图5是示出了根据本发明制造的换向器的使用寿命的曲线图，该图是由在试验中产生的数据而获得的。图5中的曲线图示出了离散的数据点集中在中心处并且标准偏差为50小时。平均使用寿命为398小时，这大大地高于常规换向器的平均使用寿命。
尽管参考所述制造方法的优选实施例已示出和描述了本发明的实施方式，从而阐明本发明的原理，但是本发明并不局限于已示出和描述的实施方式。需要了解的是在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可作各种修改和变动。因此，可认为该修改、变动以及其等价物都包括在由所附权利要求限定的本发明的范围内。
权利要求
1.一种制造发动机换向器的方法，该方法包括下列步骤将棒材拉伸成板；通过以适当的间隔切割所述板而形成多个具有预定尺寸的换向器片；通过液氮热处理所述换向器片；将所述热处理过的换向器片插入模子中，并且以环形方式和以彼此之间预定的间隔将所述换向器片布置在模子中，所述间隔是为了放置绝缘树脂而设置的，并且将轴衬插入换向器片的环形布置的中心部分；通过将绝缘树脂挤出或注射在所述模子中而在所述换向器片之间的所述间隔中形成绝缘树脂层；以及修整所制造的换向器的内径和外径。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过将所述换向器浸在所述液氮中大约15到25分钟而进行对所述换向器片的热处理。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拉伸处理步骤使用由铜坯制成的棒材，所述铜坯包含大约为0.01重量％到2.0重量％的银Ag。
全文摘要
一种制造发动机换向器的方法，该方法包括以下步骤将棒材拉伸成板形状；通过以适当的间隔切割所述板而形成多个具有预定尺寸的换向器片；通过液氮热处理所述换向器片；将热处理过的所述换向器片插入模子中，并且以环形方式和以彼此之间预定的间隔将所述换向器片布置在模子中，所述间隔用于接受绝缘树脂，并且将轴衬插入换向器片的环形布置的中心部分；通过将绝缘树脂挤出或注射在所述模子中，从而在所述换向器片之间的所述间隔中形成绝缘树脂层；以及修整所述制造的换向器的内径和外径。
文档编号H02K13/00GK1592006SQ20041005012
公开日2005年3月9日 申请日期2004年6月23日 优先权日2003年7月29日
发明者李千懋 申请人:三星光州电子株式会社