專利名稱：：交流發電機的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種交流發電機，尤其是車用交流發電機。通常，車用交流發電機有一個整流器，一個調壓器，一根由殼體旋轉支承的軸，一個定子，一個轉子，一個由該軸的一端支承的滑環組件和一個在該滑環組件外周上滑動的電刷組件。該滑環組件由兩滑環和兩匯流條組成。該兩滑環由紫銅合金或不銹鋼制成。該兩匯流條連接于轉子線圈的相反線圈端和兩滑環。為防止該連接線圈端和該匯流條的部分以及連接該滑環和該匯流條的部分由于車輛振動或車用發電機中轉速變化產生的諧振，該連接部均覆蓋有絕緣樹脂層。該電刷組件由兩電刷、一個電刷保持架和線圈彈簧組成，該線圈彈簧對該兩電刷施加偏壓，使其靠在該滑動環的外周。該電刷由石墨式碳素物制成。該電刷經電刷端子和紫銅豬尾連于調壓器。然而，該電刷因磨損而需要一個額外的長度，因此，不能縮短電刷保持架的軸向尺寸，為車用交流發電機的緊湊化造成了障礙。在小型直流旋轉電動機中，金屬電刷是由疊層金屬薄板制成的，或者整流子的紫銅線是由銅合金制成的。然而，該整流子很容易磨耗。本發明的目的在于提供一種長壽命的發電機，其電刷重量輕，以減小彈簧力，從而限制電刷的振動。本發明的另一目的在于提供一種發電機，在跟滑環接觸的電刷表面上具有抗磨件，從而防止電刷過度磨損。按照本發明的主要特點，電刷由金屬制成。因此，跟滑環外周接觸的電刷的一部分具有小的電阻，所以該接觸表面可被制得很小，而不會使電刷的溫度過度上升。配置于電刷和滑環之間的抗磨件使電刷更加抗磨。因此，無須像在平常的電刷中那樣，要有額外的尺寸和長度。這樣，便有薄、輕和緊湊的電刷。按照本發明的另一特點，跟滑環接觸的電刷表面覆蓋有由銅或銀合金制成的抗磨接觸件。因此，電刷接觸表面的磨損大為減少。按照本發明的又一個特點，由銅或銀合金制成的抗磨接觸件燒焊(blage)，鉚接于和滑環相接觸的電刷部分。因此，大大降低了電刷的磨損速率。在研究了下面詳細的說明書、附錄的權利要求書和附圖后，本發明的其它目的、特點和特征以及有關部件的功能會變得更加清楚。其中圖1是表示本發明第一實施例的滑環和電刷的透視圖；圖2是表示本發明第一實施例的車用交流發電機的總圖的橫剖視圖；圖3是表示本發明第一實施例的車用交流發電機主要部分的放大橫剖視圖；圖4是表示配置于第一實施例的交流發電機后殼內的整流器、調壓器和電刷組件的平面圖；圖5是表示本發明第一實施例的交流發電機的電刷和滑環接觸部的放大橫剖視圖；圖6表示本發明第二實施例的交流發電機的電刷和滑環接觸部的放大橫剖視圖；圖7是表示本發明第三實施例的交流發電機電刷和滑環的接觸部的放大橫剖視圖；圖8A是表示本發明第四實施例的交流發電機滑環和電刷的透視圖，圖8B是表示該第四實施例的是交流發電的電刷接觸部的放大橫剖面圖；圖9A是表示本發明第五實施例的交流發電機的滑環和電刷的透視圖，圖9B是表示該交流發電機的電刷接觸部的放大橫剖面圖；圖10A是表示本發明第六實施例的交流發電機的滑環和電刷的透視圖，圖10B是表示該交流發電機的電刷接觸部的放大橫剖面圖。參考圖1至5敘述本發明的第一實施例。在圖2中，車用交流發電機1由發動機經多條V型皮帶(未示)驅動。由交流發電機產生的交流電壓經三相全波整流器9轉換成直流電流對電瓶(未示)充電。并對電氣負載供以電能。交流發電機1由殼體2、定子3、轉子4、滑環組件6、風扇組件7、電刷組件8、整流器9和調壓器10組成。殼體2由二個鋁質模鑄件組成，它們是前殼體11和后殼體12，用若干螺栓和螺母連接。前殼體11有一前軸承15，壓配合于軸承支座16內，用以旋轉地支承軸5的前端。后殼體12有一后軸承17，壓配合于軸承支座18，用以經隨后敘述的電刷支座52旋轉地支承軸5的后端。在前殼體和后殼體11和12上制有許多傾斜的進氣窗口19和20。支座22和前殼體11的上部整體制成，而支座23和24和殼體下部整體制成，被固定在發動機的一個支架(未示)上。這些支座22-24具有螺栓通孔25-27。定子3由固定于前殼體11內周的定子鐵芯31和卷繞于定子鐵芯31上的三相定子繞組32所成。定子鐵芯31由疊層磁性材料片組成。定子鐵芯31在其內周上以均勻的間隔制有許多槽(未示)。三相定子繞組32具有若干連接成Y形接或Δ形接法的線圈，以便當轉子轉動時產生三相交流輸出功率。定子繞組32的線圈末端被焊成或連接成整流器9的三相全波整流橋式回路。轉子4產生磁場，并與軸5一起旋轉。轉子4由軸5、由軸5支承的Lundell型電極芯繞在電極芯33內的磁場線圈34、將磁場電流供給磁場線圈34的滑環組件6及風扇組件7組成。磁極芯33有一繞其中心卷繞的磁場線圈34，由鐵磁材料制成。該磁極芯33具有前鉗形磁板33a和后鉗形磁形33b，當對磁場線圈34供以磁場電流時，前者為N極，后者為S極。冷卻風扇組件7用焊接或類似手段固定在鉗形磁極36的后表面上，將冷卻空氣引入殼體2內。磁場線圈34經線圈線軸35繞于磁極芯33的中心部周圍，當供以磁場電流時磁化該極芯。磁場線圈34的相反端部用軟釬焊接或類似手段連接于連接匯流條42。線圈線軸35由絕緣樹脂材料制成，使磁場線圈34和磁極芯33絕緣。軸5由殼體2的支座16和18經前后軸承15和17旋轉支承。一V型皮帶輪36固定在軸5的一端，處在面對螺母36a的墊圈和前軸承15之間，將發動機旋轉力矩輸給軸5。V型皮帶輪36經多條V型皮帶(未示)由一個具有多條V型帶槽的由發動機曲軸支承的皮帶輪驅動。在軸5和V型皮帶輪36之間可配一電磁離合器。滑環組件6由兩滑環41所組成，后者經電刷組件8、兩條連于滑環41的連接匯流條42跟電瓶、調壓器10和磁場線圈34連接。每一滑環41配置于軸5后部的外周。滑環41由諸如滲以碳粉、天然石墨、導電石墨或金屬石墨的多孔紫銅合金的含碳件制成。滑環41和連接匯流條42模鑄在一起，成圓柱形。兩滑環41之一為正極側滑環，由另一滑環為負極側滑環。該兩連接匯流條42被壓制成一對板，它們的一端經軟釬焊、硬釬焊或熔合(電阻焊)連于磁場線圈34a的兩線圈端。該兩連接匯流條42的另一端分別電連接于滑環。為了增加滑環41和連接匯流條的接觸表面或者為了減少其間的接觸電阻，該兩連接匯流條42的表面用噴丸、噴射硬化或壓制來制成具有粗糙度。參照圖2和3敘述風扇組件7。風扇組件由絕緣樹脂材料和滑環41和連接匯流條42一起制成一個整體模件，并保持滑環41的連接部和連接匯流條。風扇組件7由若干離心式葉片43、一葉片支承部44和一圓柱環形支座45組成，后者用鑲嵌模制法和滑環制成一體。支承部44固定于磁板芯33的后壁，并設有一凸出部46，以其后表面和電刷組件8相對。環形支座45由絕緣材料和滑環41與連接匯流條42整體制成一模制件，并壓配合于軸5后端外周。該絕緣樹脂材料是一種具有高絕緣性能、高熱阻、高強度和高尺寸穩定性的材料，諸如聚苯撐硫(PPS)或酚醛樹脂(PMresin)。電刷組件8由在兩滑環41的外周上滑動的兩電刷51、一電刷保持架52和鑲嵌在電刷保持架52的模制部內的連接端子53和54組成。電刷51通過壓制或沖壓一金屬片(例如有彈性的銅合金，諸如磷青銅或鈹青銅)來制成。每個電刷51在其中心有一電刷體55，一個自電刷體55向電刷保持架52延伸的夾緊部56以及自電刷體55的兩相反側沿滑環41周圍延伸的兩個臂部57。具有彈性的夾部56以電氣連接方式連接于并機械固定于連接端子53和54。該夾緊部56具有自電刷體55軸向延伸的凸出部56a和兩個卷曲成彈性橢圓柱的夾緊件56b。夾緊部56通過凸出部56a和夾緊件56b夾持連接端子53和54的各邊緣部。連接端子53和54跟夾緊部56可用焊接、鉚接和類似工藝連接。臂部57具有以其邊緣部在滑環41上滑動的接觸部57a。它們藉助于自己的彈性對滑環41施加一定的壓力。兩個凸出部57b自各自的接觸部57a的相反軸向端延伸，并自接觸部57a徑向向外彎折(斜切的)。矩形抗磨接觸件(以下稱作抗磨件)58分別焊于接觸部57a的接觸表面。各抗磨件58由包括銅或銀的金屬合金制成，(如表1中記作CP13A-CP13D的銀鈀合金或表2中記作CP6A-CP6C的銀銅合金)具有良好的導電性。表1</tables>表2</tables>抗磨件58設有一凸出部58a，它被插入臂部57的孔571內，并被鉚接，如圖5所示，跟臂部57保持電氣和機械接觸。因為電刷51由金屬件制成，而抗磨件58固定于接觸部57a，和滑環41接觸，因此電刷51變得耐磨，且無需如通常的炭刷那樣具有很大的尺寸和長度。結果，電刷51可制成極薄。如上所述，接觸部57a具有斜切形凸出部57b，因而沿軸向能平滑地移動。因此，很容易將電刷51裝于滑環41的外周或自其上取出。這樣，車用交流發電機1的生產效率提高了，其成本降低了。各臂部57被制成弧形(馬蹄形)，這樣，借助于因距離A(兩抗磨件58之間的距離)和滑環尺寸B之間差(B-A)產生的收縮使臂部對兩滑環41施加偏壓。因此，施加于滑環41外周的電刷51接觸壓力的合成矢量為零，因而沒有對機械固定于連接端子53和54的夾緊部56施加接觸壓力。如果沿電刷51的兩臂部57自滑環41分離的方向、即滑環41的徑向產生過大的振動，則分離的接觸部57a和保持接觸部57a確保了電刷51和滑環41的電接觸，從而對磁場線圈34供以穩定的磁場電流。由于電刷51由金屬制成，因此降低了電刷51和滑環41外周接觸的接觸部57a的電阻，即使接觸部57a的表面積減少，也不改變電刷51的接觸部57a(抗磨件58)的電流密度。因此，電刷51的溫升受到抑制，從而其壽命得以延長。雖然，滑環41由碳質材料制成，然而由于和電刷51接觸的環形滑環41的部分被限于其圓周表面的一小部分，滑環41的溫升受到抑制，其壽命獲得延長。由于滑環41由碳質材料制成，電刷51可由金屬件制成，以便在碳質環41的外周上高速滑動(例如不低于10,000)，因此，確保了穩定的磨耗和對磁場線圈34供以穩定的電功率。電刷保持架組件52由絕緣樹脂材料(如PPS)制成。電刷保持架組件52為由電刷保持架59、配置在該電刷保持架59內的圓柱形軸承支座60、自電刷保持架59前部軸向延伸的圓柱形延伸部61和隨后將敘述的調壓器10的罩62組成的整體模制件。電刷保持架59和連接端子53和54整體模制而成。軸承座60壓配合于后殼體12的凸緣18和內周，后軸承17壓配合于軸承座60內。延伸部61或滑環罩包封兩滑環41、兩電刷51和它們的接觸面。延伸部61在面對支承部44的表面上設有槽63，以容納凸出部46。結果，電刷保持架組件52的槽63設有在支承部和槽63之間的U形迷宮部64。迷宮部64被制成一連續的環。因此，滑環41和電刷51安置于其內的圓柱形空間由風扇組件7和電刷保持架組件52密封。連接端子53有一L形橫截面，與調壓器10的磁場電流輸出端子(未示)構成整體。連接端子54為電刷組件8的外端子，它有一反L形橫截面，以便沿連接端子53的相反方向延伸。它用固定螺絲72固定于整流器9的直流輸出端子71作為電連接。連接端子53和54的邊緣部制成如圖1中所示的錐形，因而它們能插入夾緊部56的凸出部56a和夾緊件56b之間的空間內。端子53和54由諸如鋁合金或銅合金之類的金屬制成。整流器9由直流輸出端子71、正側散熱片73、負側散熱片74、3個正側二極管75、3個負側二極管76和一端支承77組成。直流輸出端子71其一端經電線(未示)連于電瓶正端子，另一端用固定螺絲(未示)固定于電刷組件8的連接端子54和要電連接于其上的正側散熱片73。直流輸出對71對電瓶供給充電電流，并構成車用交流發電機1的B端子。正側散熱片73與負側散熱片74整體構成。因此，它們包圍電刷保持架52，并沿后殼體12的側壁配置。正側散熱片73經一絕緣件(未示)固定于后殼體12的內側壁。負側散熱片74經后殼體接地于底盤。這就是說，正側散熱片73連于電瓶的正側端子，而負側散熱片74連于電瓶的負側端子。正側和負側散熱片55和56由熱傳導優良的導熱金屬(諸如鋁)制成，它們是3個正側二極管75和3個負側二極管58以及用以分別保持3個正側二極管75和3個負側二極管58的二極管保持件的熱輻射片。正側和負側二極管75和76使由三相定子繞組32產生的交流輸出電流變換成直流電流。正側和負側二極管75和76的每一端軟釬焊于3個交流輸入端子78中的一個，而它們的每個另一端軟釬焊于正側和負側散熱片73和74。所述三相全波整流電流由直流輸出端子71、正側和負側散熱片73和74、三個正側二極管75和3個負側二極管76以及3個交流輸入端子78組成。由絕緣樹脂材料(例如PPS)制成的端子支座77其內容納3個交流輸入端子78，使正側散熱片73和負側散熱片74絕緣。端子支座77用螺絲將正負側散熱片73和74保持在其內。調壓器10由包括磁場電流輸出端子(未示)在內的各輸出端子、集成電路(未示)和罩62組成。磁場電流輸出端子由銅合金或類似合金構成，與連接端子53成整體，并機械連接于電刷51。該集成電路是用以調節三相定子繞組32的輸出電壓的調壓器，它包括作為用以控制供給磁場線圈34的電流的開關元件的功率晶體管和一個用以吸收減小磁場電流的反電動的二極管。罩62由絕緣樹脂材料(如PPS)制成，若干支架66用螺栓65固定于后殼體12。罩62將電刷保持架組件52、兩電刷51保持在后殼內，并使包括集成電路在內的電氣部件容置在其內。它用環氧樹脂模制而成。參圖1至4簡述車用交流發電機的工作。當安裝于車輛的發動機起動時，發動機的轉動由諸如多股V型皮帶的傳輸件傳輸到V型皮帶輪36。然后由殼體2經軸承15和17旋轉支承的軸5轉動，從而轉子轉動。磁極鐵芯33、磁場線圈34和兩滑環41和軸5一起轉動。當調壓器10開始供給磁場線圈34電流時，磁場電流自電瓶經直流端子71、連接端子54、兩抗磨件58、正側滑環41、正側連接匯流條42、磁場線圈34、負側連接匯流條42、負側滑環41、兩抗磨件58、負側電刷51、連接端子53、調壓器10、后殼12和本體流動。結果，兩鉗形極33a和33b為磁場線圈34所磁化，因此所有的前鉗形極33a都變為N極，而所有的后鉗形極33b都變為S極。此時，三相定子繞組32即刻產生交流電壓。該三相電流經交流輸入端子60供給三相整流電路，從而該三相交流電流為3個正側二極管75和3個負側二極管76變換成直流電流。當定子繞組32的輸出電壓超過電瓶電壓時，經整流的直流電流或充電電流自3個正側二極管75經正側散熱片73、直流輸出端子71和電線供給電瓶。這樣，電瓶被充電，電氣負載被供電。如上所述，若車用交流發電機1運轉了長時間，滑環41和電刷51的抗磨件58相互高速移動和接觸。因為滑環41是自潤滑的，且具減小了的摩擦系數，其磨損速率大大小于通常的銅合金滑環的磨損速率。按照機械設計手冊，振動的一般表示如下振動的阻力α{(kx彈簧負荷)/(定子側電刷重量)}+{彈簧重量}因此，若定子側電刷的重量減輕，電刷的彈簧負荷便可減小。由于電刷51兩臂部57的接觸部57a的抗磨件58，滑環41和電刷51的磨損速率能極大地降低。例如，按照本發明，電刷51的磨損速率約為前述普通電刷的1/10。這就是說，電刷51振動的抑制延長了電刷和車用交流發電機1的壽命。圖6圖示了本發明第二實施例的電刷和滑環的接觸部。在該實施例中，抗磨件58用燒焊材料58b燒焊于電刷51臂部57的接觸部57a。抗磨件58可軟釬焊于接觸部57a上，并借助于凸焊(projection-welding)可固定于接觸部57a上。圖7圖示本發明第三實施例的電刷和滑環的接觸部。在該實施例中，抗磨件58通過對電刷51臂部57的接觸部57a的邊緣572進行砸邊來電氣和機械地連接于接觸部57a。參照圖8A和8B敘述本發明的第4實施例。在第4實施例中，電刷臂部57的接觸部57a借助于物理蒸發附著工藝(physicalvaperdeposition，即PVD)涂覆銅或銀合金高抗磨材料91。該PVD工藝是借助于蒸發或電離金屬工藝對金屬合金電刷51的接觸部57a涂覆一層諸如鈦化物(如TiN，TiC，TiCN或TiAIN)或鉻化物(如CrN)的抗磨材料的微膜(真空附著或噴濺附著)(Vacumdepositionorspatterdeposition)。參考圖9A和9B敘述本發明的第5實施例。在該實施例中，電刷51的接觸部57a由臂部57分開制成，它們由焊接或燒焊連接。此后，接觸部57a借助于PVD工藝涂覆銅或銀合金的抗磨材料91，以具有電氣和機械的連接。參照圖10A和10B敘述本發明的第6實施例。在第6實施例中，去除了夾緊部56，連接端子53(54)和電刷51焊接或燒焊在一起。電刷51臂部57的接觸部57a借助于PVD工藝涂覆銅或銀合金的抗磨材料91，以具有電氣和機械的連接。雖然就車用交流發電機敘述了上述實施例，然而這些實施也適用于建筑物電站的固定式交流發電機。它還可應用于發動機一電動機組。由諸如包括磷青銅和鈀青銅的銅合金的金屬粉末制成的滑環可用碳質滑環來代替。該豬尾能用電刷整體制成。如對電刷施加偏壓，也可配置單獨的彈簧。抗磨件58可由導電陶瓷材料制成。在關于本發明的以上敘述中，已參照具體實施例公開了本發明。然而，在不背離在所附權利要求書中規定的本發明的廣泛的精神和范圍的情況下，顯然可對本發明的具體實施例作出種種修改和改變。因此，在該文件中的關于本發明的敘述被認為是說明性的，而沒有限制性的意味。權利要求1.一種交流發電機，包括一個殼體；一個定子，定子鐵芯固定于所述殼體的內周，定子繞組繞于所述定子鐵芯上；一個轉子，具有一轉子鐵芯，轉子線圈繞于所述轉子鐵芯，一根軸插入所述轉子鐵芯的中心部，在所述定子鐵芯內相對于所述定子鐵芯旋轉；一個滑環，配置于所述軸端部，與所述轉子線圈連接；一個電刷，由彈性材料件制成，在所述滑環外周上滑動，經所述滑環對所述轉子線圈供給電能；一個耐磨接觸件，配置于所述電刷的一個部位，和所述滑環接觸。2.按權利要求1所述的交流發電機，其特征在于所述接觸件具有一層包括銅合金或銀合金的耐磨金屬合金的保護層，所述保護層借助PVD藝設置在所述電刷的表面，和所述滑環接觸。3.按權利要求1所述的交流發電機，其特征在于所述接觸件包括一塊由包括銅合金或銀合金的耐磨金屬合金制成的矩形平板，該板固定于所述電刷，以具有電氣和機械的連接。4.按權利要求1所述的交流發電機，其特征在于所述電刷包括一塊壓力加工的薄片。5.按權利要求1所述的交流發電機，其特征在于所述電刷包括一個由主要包括磷青銅或鈀青銅的材料制成的彈簧件。6.按權利要求1所述的交流發電機，還包括一調壓器，其特征在于所述電刷包括一個電氣和機械連接于所述調壓器的夾緊部；兩個繞所述滑環周圍延伸的并具有跟所述滑環外周接觸的接觸部和自所述接觸部軸向延伸的斜切凸出部的半圓形臂。7.按權利要求1所述的發電機，其特征在于所述滑環包括一個由銅粉末和碳粉末混合物組成的碳質環。全文摘要一種彈性薄片用于電刷，以代替一種包括螺線彈簧、豬尾和石墨電刷的普通電刷。一滑環由滲以碳粉的多孔紫銅制成。該電刷具有兩個沿滑環圓周延伸的弧形臂和配置于所述臂邊緣跟滑環圓周表面相接觸的接觸部。抗磨件焊接于或鉚接于該接觸部，以防止電刷過度磨損，從而延長電刷壽命。文檔編號H02K13/00GK1160302SQ96114470公開日1997年9月24日申請日期1996年11月15日優先權日1995年11月17日發明者向井拓三申請人:株式會社電裝